Obtenção, crescimento direcional e caracterização das estruturas euteticas Al3Nb-Nb2Al e Al3Nb-Nb2AL-AlNbNi

Orientador: Rubens Caram JuniorTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas características químicas, mecânicas e físicas em níveis aceitáveis, mesmo em temperaturas acima de 1.000 °c. Uma possível alternativa para suprir tal demanda é o emprego de ligas eutéticas solidificadas direcionalmente. Tal processo pennite obter materiais compósitos do tipo in situ, com alta estabilidade em altas temperaturas. No presente trabalho, ligas dos sistemas Nb-AI e Nb-AI-X (X=Ti, Cu, Cr, Si e Ni) foram obtidas e processadas. Inicialmente, amostras desses sistemas foram analisadas em relação à microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão, através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de identificar composições associadas a estruturas eutéticas. Tal estudo resultou na identificação de uma nova liga eutética, de estrutura ternária do tipo Al)Nb-Nb2AI-AINbNi. Em seguida, tais ligas eutéticas foram solidificadas direcionalmente através da técnica Bridgman em fomo com aquecimento indutivo. As amostras resultantes tiveram suas microestruturas caracterizadas no tocante às condições de solidificação, ao comportamento mecânico através de ensaios de dureza, de tenacidade à fratura por impressão Vickers e de compressão a quente. Em uma etapa final, tais ligas foram avaliadas no tocante à resistência à oxidação e à estabilidade de suas microestruturas em alta temperatura. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão do modo de solidificação das ligas estudadas, bem como do comportamento mecânico e da estabilidade microestrutural em diferentes meiosAbstract: The manufacture of structural components for application in high temperatures and aggressive environments involves the use of materials that maintain their chemical, mechanical and physical properties even in temperatures above 1000°C. A possible altemative to meet such requirements is the use of directionally solidified euteetie alloys. Such process allows the obtainment ofin situ composite materials, with elevated high temperature stability. In the present work, alloys in the Nb-AI and Nb-Al-X (X=Ti, Cu, Cr, Si and Ni) systems were obtained and processed. lnitially, samples were analyzed regarding the solidification microstructure in the aseast condition through conventional metallographie techniques, with the objective to identify compositions presenting euteetie structures. This study resulted in the identification of a new euteetie alloy, i.e. of a new AhNb-Nb2AI-AlNbNi temary structure. Further, the euteetie alloys were directionally solidified using Bridgman technique in furnare with inductive heating. The resultant microstructures were characterized in terms of solidification conditions. AIso, the mechanieal behavior was evaluated through hardness testing, fracture thoughness using Viekers indentation technique and hot compressing. In a final stage, the oxidation resistance and the high temperature microstructure stability of the alloys were evaluated. The results obtained allowed to understand the mode of solidifiecent atmospherie conditionsDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânic

Correlação entre parametros termicos e microestrutura dendritica e sua aplicação na simulação da fundição de ligas de aluminio

Orientador: Rubens Caram JrDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia de previsão da microestrutura dendrítica no processo de fundição de ligas de alumínio. O trabalho foi iniciado pela escolha uma liga de alumínio utilizada na fabricação de pistões automotivos como objeto de análise. Tal liga continha aproximadamente 9,0% de silício e 2,5% de cobre, em peso. O desenvolvimento do trabalho envolveu a caracterização metalográfica e térmica da liga, com o objetivo de identificar qualitativamente e quantitativamente as fases e estruturas formadoras de sua microestrutura metalúrgica, e também seus pontos de transformação. Tal caracterização teve como objetivo, basicamente, estabelecer o início e o fim da solidificação. Em seguida, foi elaborado o estudo do crescimento dendríticos da liga, por meio de solidificação direcional, tendo como meta determinar correlações entre microestrutura dendrítica e parâmetros térmicos. Finalmente, foram executados experimentalmente e simulados numericamente, os processos de fundição em areia e em aço. Os resultados obtidos da solidificação direcional foram empregados na simulação do processo, o que resultou na possibilidade de previsão da microestrutura dendrítica das peças fundidas. A comparação de dados fornecidos pela simulação da microestrutura, com dados obtidos experimentalmente, mostraram boa concordância, o que mostra que a previsão microestrutural é possível e pode ser empregada na otimização da microestrutura metalúrgica de peças fundidas industrialmenteAbstract: This work deals with the development of a method to predict the dendritic microstructure in aluminum alloy foundry process. Firstly, an aluminum alloy used in automotive pari production was chosen to be studied in this work. Such an alloy had an average amount of 9.0% wt. of Si and 2.5% wt. Of Cu. The work was started by making the alloy metallography and thermal analysis, where the aim was to identify its phases and structures, as well its phase transformation temperatures. The final objective of such a characterization was to detect the beginning and the end ot he alloy solidification. The next step was related to the study of the alloy dendritic growth by using directional solidification technique and its purpose was to find a relationship between the solidification thermal parameters and the dendritic microstructure. Finally, two types of foundry process, in sand and in steel molds, were performed experimentally and numerically. The results obtained from directional solidification were used to simulate numerically the foundry process. The comparison between the microstructure prediction and the experimental results showed good agreement. Such a result allows one confirm that this process simulation may be used in optimization of the foundry product microstructuresMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia Mecânic

Stability of an amorphous alloy of the Mm-Al-Ni-Cu system

An investigation was made of the stability of melt-spun ribbons of Mm55Al25Ni10Cu10 (Mm = Mischmetal) amorphous alloy. The structural transformations that occurred during heating were studied using a combination of X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC). Crystallization took place through a multi-stage process. The first stage of transformation corresponded to the formation of a metastable phase followed by cfc-Al precipitation, while in the second stage, exothermic transformations led to the formation of complex and unidentified Mm(Cu, Ni) and MmAl(Cu, Ni) phases. The transformation curves recorded from isothermal treatments at 226 °C and 232 °C indicated that crystallization occurred through nucleation and growth, with diffusion-controlled growth occurring in the first crystallization stage. The supercooled liquid region, ∆Tx, at 40 K/min was ~80 K. This value was obtained by the substitution of Mm (=Ce + La + Nd + Pr) for La or Ce, saving chemical element-related costs