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Evolução da microestrutura bruta de fusão de ligas Al-Cu-Nb solidificadas unidirecionalmente

By Thiago Primo Sousa

Abstract

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2019.A importância nas aplicações industriais das ligas de Al, em especial as do sistema Al-Cu, atraem diversos pesquisadores, onde estudos recentes buscam incrementar as propriedades de forma geral, a fim de destinar o uso em diversos setores. Desta forma, sistemas ternários como Al-Cu-Ni recebem grande atenção, o que fez surgir a possibilidade da substituição do Ni por outros elementos como por exemplo o Nb, o qual o Brasil possui a maior reserva do mundo, e tal substituição pode ser considerada atraente e vantajosa para a indústria nacional, se comprovado a eficiência da modificação, assim o desenvolvimento dessa pesquisa pode apresentar uma etapa considerável para a economia e desenvolvimento industrial. O presente trabalho estudou e caracterizou ligas do sistema Al-Cu solidificadas unidirecionalmente e modificadas com adição de 0,4% de Nb, correlacionando as variáveis térmicas, parâmetros macro e microestruturais e ensaios mecânicos. As ligas foram produzidas em regime transiente de transferência de calor, de onde foi possível obter suas respectivas taxas de resfriamento (Ṫ) e velocidade de solidificação (VL). A macroestrutura apresentou faixa predominantemente colunar para as posições dos termopares, seguida de uma transição colunar/equiaxial (TCE) localizada a 40,0 mm da chapa/molde para liga Al-5%Cu-0,4%Nb e 30,5 mm para liga Al-8%Cu-0,4%Nb. A análise microestrutural apresentou formação dendrítica em ambas as ligas, e foram correlacionados com as variáveis térmicas envolvidas no processo de solidificação: VL, Ṫ e GL. As equações experimentais que regem o crescimento dendrítico primário foram geradas e definidas como: Al-5%Cu-0,4%Nb: λ1=21,75(PL) 0,6; e Al-8%Cu-0,4%Nb: λ1=20,87(PL) 0,6. Foi constatado a existência do mecanismo de segregação inversa, característico de ligas do sistema Al-Cu, através de análise de fluorescência de raios-X (FRX), em estudo mais abrangente foi realizado ensaio de calorimetria diferencial exploratória (DSC), onde detectou-se a existência de pico de fase intermetálica para todas as posições, em aproximadamente 540° C, que sugere a formação de fase eutética, onde por meio de análise de EDS/MEV foi localizado nas regiões de contorno dendrítico. Quanto à microdureza, as ligas foram analisadas aplicando a equação do tipo Hall – Petch, onde constatou-se que as microestruturas mais refinadas apresentaram resultados 20% superiores em relação às estruturas mais grosseiras, onde a liga com 8% Cu atingiu valores mais elevados devido a maior quantidade de soluto presente. Para a frequência de amortecimento e módulo de elasticidade obtidos através de ensaio não destrutivo Sonelastic, foi observado o mesmo comportamento obtido pela microdureza, onde o principal agente pelas variações é associado às variáveis térmicas, e ao mecanismo de segregação inversa.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The importance in industrial applications of Al alloys, especially those of the Al-Cu system, attracts several researchers, where recent studies seek to increase properties in general, in order to destine the use in several sectors. In this way, ternary systems like Al-Cu-Ni receive great attention, which made possible the substitution of Ni with other elements such as Nb, which Brazil has the largest reserve in the world, and such substitution may be considered attractive and advantageous to the national industry, if the efficiency of the modification is proved, so the development of this research can present a considerable stage for the economy and industrial development. The present work studied and characterized alloys of the unidirectionally solidified and modified Al-Cu alloys with addition of 0.4% Nb, correlating the thermal variables, macro and microstructural parameters and mechanical tests. The alloys were produced in a transient heat transfer regime, from which it was possible to obtain their respective cooling rates (Ṫ) and solidification velocity (VL). The macrostructure showed a predominantly columnar range for the positions of the thermocouples, followed by a columnar / equiaxial transition (TCE) located at 40.0 mm of the Al-5% Cu-0.4% Nb and 30.5 mm for alloy Al-8% Cu-0.4% Nb. The microstructural analysis showed dendritic formation in both alloys and were correlated with the thermal variables involved in the solidification process: VL, Ṫ and GL. The experimental equations that govern the primary dendritic growth were generated and defined as: Al-5%Cu-0.4%Nb: λ1=21.75(PL) 0.6; e Al-8%Cu-0.4%Nb: λ1=20.87(PL) 0.6. It was verified the existence of the inverse segregation mechanism, characteristic of alloys of the Al-Cu system, through X-ray fluorescence analysis (FRX). In a more comprehensive study, differential exploratory calorimetry (DSC) the existence of an intermetallic phase peak at all positions, at approximately 540 ° C, suggesting eutectic phase formation, where EDS / MEV analysis was located in the dendritic contour regions. As for the microhardness, the alloys were analyzed by applying the Hall - Petch type equation, where it was found that the most refined microstructures presented 20% higher results in relation to the coarser structures, where the alloy with 8% Cu reached higher values the largest amount of solute present. For the damping frequency and modulus of elasticity obtained by the non-destructive Sonelastic test, the same behavior obtained by the microhardness was observed, where the main agent by the variations is associated to the thermal variables, and to the reverse segregation mechanism

Topics: Ligas de alumínio - tratamento térmico, Solidificação, Metalurgia do pó
Year: 2019
OAI identifier: oai:repositorio.unb.br:10482/35479

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