Orientador : Ana Maria Martinez Nazar

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: Estuda-se, neste trabalho, a tenacidade i fratura, condições elasto-plásticas, das ligas de alumínio de alta em resistência do tipo Al-6Zn-2Mg-xCu - com três teores diferentes de cobre (1, 1,6 e 2,1% em peso), com alta pureza (baixos teores de Fe e Si), com zircônio como agente controlador...

Resumo: Estuda-se, neste trabalho, a tenacidade i fratura, condições elasto-plásticas, das ligas de alumínio de alta em resistência do tipo Al-6Zn-2Mg-xCu - com três teores diferentes de cobre (1, 1,6 e 2,1% em peso), com alta pureza (baixos teores de Fe e Si), com zircônio como agente controlador de recristalização, com microestruturas similares (iguais grau de recristalização e tamanhos dos grãos recrista1izados e não recristalizados) e na forma de chapas finas (espessura de 6,4 mm) - em uma ampla faixa de comportamento mecânico obtida por variações no tempo de envelhecimento (de 1 até 300 h) à temperatura de 393 K (120°C). Verifica-se que essas ligas, nas condições estudadas, apresentam altos níveis de resistência mecânica associados a altos níveis de tenacidade à fratura e que os parâmetros de tenacidade à fratura JQ e dc são bastante sensíveis às variações do tempo de envelhecimento e teor de cobre. Com o aumento do tempo de envelhecimento há, para as ligas com 1,6 e 2,1% de cobre, diminuição bastante sensível de JQ e dc em toda a faixa de tempo estudada; para a liga com 1% de cobre, há diminuição, também bastante sensível, desses parâmetros nas regiões correspondentes ao sob envelhecimento e à máxima resistência, sendo que, para longos tempos de envelhecimento, há um nítido aumento nesses parâmetros. Nas três ligas, ainda com o aumento do tempo de envelhecimento, aumenta a tendência de ocorrência de "pop-in" e há, possivelmente como consequência disso, urna diminuição bastante sensível dos parâmetros de avaliação da resistência a propagação estável da trinca (dJ/da e módulo de rasgamento). Com o aumento do teor de cobre há diminuição sensível dos parâmetros JQ e dc. O parâmetro JIC se aplica muito bem nas condições correspondentes à máxima resistência e ao superenvelhecimento, apresentando um baixo nível de dispersão dos pontos (?a, J), em torno da curva R; o valor médio do índice de correlação desses pontos é 0,93, o que representa um bom nível de reprodutibilidade do ensaio JIC. Já o ensaio dc apesar de mais simples e menos trabalhoso, pode apresentar, por condição ensaiada, urna variação significativa. Verificou-se, ainda, que há urna relação bem definida entre os parâmetros JQ e dc sendo que, em média, a relação JQ / sy dc é 1,14. A espessura mínima, necessária à obtenção de JIC é da ordem de 14,6 vezes menor do que a necessária à obtenção de KIC. Por observação direta da superfície de fratura, do corpo de prova do ensaio JIC verificou-se que a região correspondente à "stretched zone" está razoavelmente contida dentro dos limites de valores estimados da largura dessa zona, através dos parâmetros JQ e dc

Abstract: This study deals with the elastic-plastic fracture toughness of sheet form (6.4 mm thickness) high strength aluminum alloys of the Al-6Zn-2Mg-xCu type - with three different copper content (1.0, 1.6 and 2.1 wt%), high purity (low Fe and Si content), with Zr as a recrystallization...

Abstract: This study deals with the elastic-plastic fracture toughness of sheet form (6.4 mm thickness) high strength aluminum alloys of the Al-6Zn-2Mg-xCu type - with three different copper content (1.0, 1.6 and 2.1 wt%), high purity (low Fe and Si content), with Zr as a recrystallization controlling agent and similar microstructures - in a wide interval of mechanica1 behavior obtained by varying the aging time (between 1 and 300 hours) at a temperature of 393 K (120°C). The results show, for these conditions, high mechanical strength associated with high fracture toughness and that the fracture toughness parameters JQ and ° are very sensitive to the aging time and copper content variation. For the alloys containing 1.6 and 2.1% Cu a continous decrease in JQ and dc with increasing aging times is observed; for the 1.0% Cu alloy decrease of JQ and dc is also observed for the under aging and maximum strength conditions but for long aging times these occurs an increase in these parameters. Pop-in behavior shows a tendency to increase for long aging times and is probably responsib1e for the very sensitive decrease of the parameters characterizing low crack propagation strength (dJ/da and tear modu1us). JQ and dc show a decrease with an in copper content. The JIC parameter can be well characterize the fracture thoughness of the alloys increase used to for the maximum strength and over aging conditions, showing a low level of scattering of the (?a, J) points in the R curve; the average correlation coefficient of these points is 0.93, indicating good reproductibility of the test resu1ts. The dc parameter, though less difficult to determine, can show some variation, depending on test condition. A close relationship between JQ and dc was observed; the average value of the ratio JQ / sy dc is 1.14. The minimum specimen thickness for JIC determination was seen to be about 14.6 times less than the minimum thickness for KIC determination. The observation of fracture surface of JIC specimens showed that the stretched zone width is in good accord with va1ues calcu1ated from JQ and dc values