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Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento e caracterização térmica, microestrutural e mecânica de uma liga Al-3%cu-0,5%nb solidificada horizontalmente e endurecida por precipitação
Autor(es): DILLON, Thiago Maués Oliveira
Primeiro Orientador: ROCHA, Otávio Fernandes Lima da
Resumo: No presente estudo foram realizadas análises térmicas, microestruturais e mecânicas com a liga Al-3%Cu-0,5%Nb solidificada horizontalmente, bem como foi aplicado o tratamento térmico T6 em algumas amostras do lingote solidificado. Curvas de resfriamento experimentais para condições de resfriamento fora do equilíbrio e muito próximas ao equilíbrio, esta última realizada por calorimetria de varredura diferencial (DSC), foram obtidas para caracterizar termicamente a temperatura liquidus (TL), no qual obteve-se o valor de 653°C, e assim aplicar o superaquecimento no metal líquido, o que viabilizou o experimento de solidificação horizontal. O experimento de solidificação horizontal foi executado usando um dispositivo de solidificação direcional refrigerado a água. Expressões de potência que descreve a velocidade de solidificação VL=2,17(P)-0,3 e a expressão TR=82,8(P)-0,7 para taxa de resfriamento foram obtidas. Análises microestruturais por microscópios óptico (OM) foram realizadas, onde se observou microestrutura dendrítica e refinada (equiaxiais) ao longo de todo lingote. Foi realizada análises com eletrônica de varredura (MEV/ EDS), no qual observou-se que o elemento Nb está completamente dissolvido na matriz rica em Al, não formando a reação peritética prevista no diagrama de equilíbrio de fases do sistema Al-Nb. A microestrutura típica de solidificação consistiu em uma rede dendrítica como uma fase primária rica em Al (Alα) mais fases secundárias composta de Fe e -Al2Cu dentro das regiões interdendrítica. A fase primária foi quantificada por meio dos braços dendríticos secundários (2), e uma associação matemática com VL e TR foi proposta 2=23VL-2/3 -R2=0,8 e 2=54(TR)-1/3 -R2=0,9. As análises mecânicas por meio dos resultados do ensaio de microdureza Vickers (HV), mostraram que HV não variou ao longo do comprimento do lingote solidificado, assumindo um valor médio igual a 55 HV. Verificou-se maiores valores de HV sobre as fases interdendríticas quando comparados com as medidas sobre a fase Alα (matriz). Observou-se que o tratamento térmico T6 aplicado nas amostradas solidificadas, não afetou significativamente os espaçamentos dendríticos secundários. Após o tratamento térmico T6, obteve-se um aumento de 17% dos valores de dureza HV e foi observado uma sequência de precipitação da fase -Al2Cu com o decorrer do envelhecimento, sob as condições assumidas. Finalmente, uma análise teórico-experimental foi realizada sobre modelos de crescimento de 2, e os resultados permitiram admitir que embora a rede dendrítica cresça como dendritas equiaxiais, o modelo matemático de Bouchard-Kirhaldy, apesar de ser desenvolvido para ligas binárias, representaram muito bem os dados experimentais deste trabalho e, assim, deduziu-se que o referido modelo pode ser usado para ligas ternárias quando o terceiro elemento for bem diluído na matriz.
Abstract: In this sense, thermal, microstructural and mechanical analyzes were carried out in the present work with the horizontally solidified Al-3wt.%Cu-0.5wt.%Nb alloy, as well as the T6 heat-treatment was applied to some samples of the solidified ingot. Experimental cooling curves for cooling conditions outside thermodynamic equilibrium and very close to this equilibrium, the latter performed by differential scanning calorimetry (DSC), were obtained to thermally characterize the liquidus temperature (TL) of the investigated alloy and thus apply the superheat in liquid metal. Then, horizontal solidification experiment was performed using a water-cooled directional solidification device. A temperature mapping was performed during solidification and the thermal data obtained were used to determine the solidification thermal parameters, such as growth and cooling rates, Gr=2,17(P)-0,3 and CR=82,8(P)-0,7 respectively. The solidified ingot was characterized for microstructural analysis by optical (OM) and scanning electronic (SEM/EDS) microscopes. The DSC analysis have allowed to admit that the value found at 653°C for TL is in accordance with the ranges of values indicated in the phase equilibrium diagram for the binary Al-Nb system, allowing to run the horizontal solidification experiment. The typical solidification microstructure consisted of a dendritic network as an Al-rich primary phase (Alα) plus secondary phases composed of Fe and -Al2Cu intermetallic compounds within the interdendritic regions. For the assumed solidification conditions, the Nb was observed in the investigated alloy completely dissolved in the Al-rich matrix (Alα), not forming the peritectic reaction predicted in the phase equilibrium diagram of the Al-Nb system. The primary phase was quantified using secondary dendritic spacings (2), and a mathematical association between GR- 2, and CR - 2 was proposed, 2=23GR-2/3 -R2=0,8 and 2=54(CR)-1/3 -R2=0,9. Mechanical analysis through the results of the Vickers microhardness test (HV) showed that HV did not vary along the length of the solidified ingot, assuming an average value equal to 55 HV. As expected, higher HV values were noted on the hard interdendritic phases (-Al2Cu+ Fe intermetallic compounds) when compared to measurements on the Alα phase (matrix). It was observed that the T6 heat-treatment applied to the solidified samples, under the assumed conditions in both processes, did not significantly affect the secondary dendritic spacings. It was verified the precipitation hardening after the heat treatment, and an increase in the HV values was observed with the precipitation sequence of the -Al2Cu phase with the aging course, under the assumed conditions. Finally, a theoretical-experimental analysis was carried out in this work on 2 growth models, and the results allowed to admit that although the dendritic network grows as equiaxed dendrites, and the mathematical model, despite being developed for binary alloys, represented very well the experimental data from this work and, thus, it was deduced that the referred model can be used for ternary alloys when the third element is well diluted in the matrix.
Palavras-chave: Ligas Al-Cu-Nb
Microestrutura
Solidificação horizontal
Tratamento térmico T6
Microdureza
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará
Sigla da Instituição: IFPA
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais
Citação: DILLON, Thiago Maués Oliveira. Desenvolvimento e caracterização térmica, microestrutural e mecânica de uma liga Al-3%cu-0,5%nb solidificada horizontalmente e endurecida por precipitação. 2021. 89 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia de Materiais) — Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Belém, 2021. Disponível em: https://repositorio.ifpa.edu.br/jspui/handle/prefix/507 Acesso em:
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ifpa.edu.br/jspui/handle/prefix/507
Data do documento: 10-Nov-2021
Aparece nas coleções:Dissertações e Teses - Belém

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