Influência da composição do banho no crescimento da camada de intermetálicos durante aluminização por imersão a quente

Abstract

Aluminização é o processo de formação de uma camada de alumínio na superfície do aço. Como resultado do aço aluminizado tem-se aliadas propriedades de elevada resistência à corrosão e alta resistência mecânica. A aluminização por mergulho a quente contínua do aço é o processo de produção industrial mais econômico e que permite atingir os níveis requeridos de propriedades mecânicas. O objetivo deste trabalho é estudar a influência dos elementos de liga no banho de alumínio comercial puro (Alupur), reduzindo a quantidade de fase intermetálica de AI-Fe e, desta forma, melhorar a ductilidade do revestimento e manter ou melhorar as suas características superficiais. Os principais fatores que afetam a taxa de crescimento da camada durante a aluminização são a composição do banho, o tempo e a temperatura de imersão. Esses fatores podem ser controlados durante o processo industrial. No entanto, o tempo e a temperatura de imersão já estão estabelecidos, a fim de proporcionar condições ótimas de produção, levando em conta as características da superfície e as facilidades na produção. Conseqüentemente, a composição do banho é o parâmetro alternativo que permite controlar a camada de crescimento e, desta maneira, a ductilidade do material resultante. Observou-se que as impurezas contidas no banho de aluminização influenciam na formação da camada de compostos intermetálicos. Portanto, a fim de minimizar esta interferência recomenda-se a utilização de ligas de metais tecnicamente puros na preparação do banho. Os parâmetros que afetam a cinética das reações de difusão no banho de aluminização (tempo e temperatura de mergulho) devem ser bem controlados para se chegar a resultados confiáveis. No presente trabalho, a temperatura de imersão não se manteve constante o que influenciou na precisão das medições, pois o forno utilizado não foi concebido especialmente para testes de imersão, mas para a fusão simples de ligas. A inserção de silício no banho de aluminização até 2% conduz a uma diminuição da espessura da camada de composto intermetálico de 12,5 μm para 6,5 μm . A influência de antimônio depende do seu conteúdo: até 0,5% de Sb conduz a uma certa diminuição da espessura da camada intermetálica enquanto que um maior conteúdo - 2% - de antimônioresulta em um aumento de espessura da camada. O titânio promove a redução da camada intermetálica em menor extensão do que quando silício ou antimônio são adicionados. Os resultados encontrados acerca do silício estão de acordo com a literatura (ASM 1982; RICHARDS et. ai. 1994; DENNER 1975; GITTINGS 1950; RYABOV 1985; AKDENIZ 1994 ). Existe uma rápida diminuição na espessura da camada interfacial para um conteúdo de silício até 2%. A continuação da curva experimental mostraria que o posterior aumento da quantidade de silício não resultaria em grandes alterações da espessura da camada intermetálica. Por isso, o silício é recomendado para uso em Alupur se as propriedades como corrosão, dobramento (flexão) e aspecto visual forem adequadas. Segundo o diagrama de equilíbrio AI-Si, pequenos acréscimos de silício afetariam a fluidez do banho, que por sua vez, afetaria a formação do revestimento. No entanto, através do aumento da temperatura de fusão, pode-se aumentar a fluidez. Contudo, aumentos de temperatura aumentam a reatividade do AI-Fe resultando em camadas mais espessas de intermetálicos. Isso poderia ser um ponto de partida para uma investigação mais aprofundada.

Aluminizing is the process of formation of aluminium coating on the steel surface. Aluminized steel results in increased corrosion resistance and high strength. Continuous hotdip aluminizing of steel is the most economical process for industrial production that allows reaching required levei of mechanical properties. The aim of this paper is to study the influence of the alloying elements in the Alupur bath, reducing the amount of Fe-AI intermetallic phase and by this way, improve ductility of the coating and retain or improve its surface characteristics. The main factors that affect the rate of the layer growth during aluminizing are bath composition, dip time and temperature. These factors can be controlled during the industrial production. However, the dip time and temperature are already set in order to provide optimal production conditions taking into account the surface characteristics and the facilities. Afterwards, the bath composition is the alternative parameter that allows to contrai the layer growth and, as a consequence, the ductility of resulted material. lt was perceived that to avoid the influence of the impurities in aluminizing bath on formation of intermetallic compounds layer it is recommended to use technically pure metais for alloy preparation. The holding constant parameters that affect kinetic of diffusion reactions in aluminizing bath (dip time and dip temperature) must be well controlled to reach confident results. In the present work, the dip temperature was not kept constant and it influenced the accuracy of the measurements. lt happened because the furnace that was used was not designed especially for dip testing, but for ordinary melting of alloys. The insertion of silicon in aluminizing bath up to 2,0% leads to a decrease of the thickness of the layer of intermetallic compound from 12,5 μm to 6,5 μm . The influence of antimony depends on its contents: up to 0,5% of Sb leads to a certain decreasing of the intermetallic layer thickness whereas higher content - 2% - of antimony results in an increase of the layer thickness. Titanium promotes reduction of the intermetallic layer in less extend than when silicon or antimony are added. The findings in the results about silicon are in agreement with the literature (AMERICAN SOCIETY FOR METALS 1982; RICHARDS et. ai. 1994; DENNER 1975;GITTINGS 1950; RYABOV 1985; AKDENIZ 1994). There is a rapid decrease in the thickness of the interfacial layer for silicon content up to 2%. If the curve in our experiments is further exponential, less decrease occurs as the silicon content further increases. Therefore, silicon can be recommended to use in Alupur, if properties like corrosion, bending and visual aspect are good enough. According to AI-Si equilibrium phase diagram, small additions of silicon will affect fluidity of melt and will affect formation of coating. However, by increasing temperature of the melt, we can increase fluidity. However, increases in temperature raise the reactivity of Fe-AI and might give us thicker intermetallic layers. This could be a point for further investigation.