Efeito dos precipitados β-Fe no comportamento mecânico das ligas de Al-Si com Fe-crítico, inoculadas via Nióbio e Boro e endurecidas por precipitação

dc.contributor.advisorAbdalla, Antônio Jorge
dc.contributor.authorNarducci Junior, Carlos
dc.contributor.refereeJakutis Neto, Jonas
dc.contributor.refereeAntunes, André da Silva
dc.contributor.refereeLima, Milton Sérgio F.
dc.contributor.refereeTravessa, Dilermando Nagle
dc.contributor.refereeBaptista, Carlos A. Reis Pereira
dc.date.accessioned2024-01-10T13:17:55Z
dc.date.available2024-01-10T13:17:55Z
dc.date.issued2021-07-07
dc.description.abstractEsta tese investigou as propriedades mecânicas de ligas à base de Al-Si com teores de Fe de 1%, valor acima dos limites recomendados (simulando as ligas oriundas da reciclagem), levando à precipitação de partículas intermetálicas de β-Fe em sua microestrutura. As partículas quebradiças de β-Fe apresentam uma morfologia rugosa na forma de plaquetas altamente facetadas, formando pontos rígidos na estrutura do material, o que prejudica o desempenho mecânico da liga contendo esses precipitados. Como as ligas de Al-Si têm suas propriedades mecânicas aprimoradas quando o grão é refinado ou tratado termicamente, este estudo buscou compreender o efeito da adição do inoculante Nb e B, como inoculador de grãos, e também da adição do elemento Mg e aplicação subsequente do tratamento de endurecimento por precipitação (T6), sobre a morfologia dos precipitados de β-Fe. Sob a hipótese de que os efeitos da soma dessas duas técnicas se mostrem benéficos à estrutura do material, modificando o tamanho e a morfologia dos precipitados de β-Fe, e também criando um mecanismo de reforço do material, com isso, possibilite sua utilização nas ligas provenientes da reciclagem para uso em peças estruturais e de segurança. No primeiro estágio, as ligas foram inoculadas com níveis variados de Nb e B para encontrar um valor que reduzisse o tamanho de grão da liga fundida, refinando e modificando os precipitados de β-Fe. Para esta primeira fase, as amostras foram moldadas de acordo com o molde padrão, Procedimento de Teste-1 (TP-1). A microestrutura da liga foi analisada por microscópio óptico com luz polarizada e placa com filtro e contraste de interferência diferencial (DIC) e por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX) com analisador detector EDS. Além disso, o estudo foi se aprofundando por meio de análises qualitativas e quantitativas da precipitação intermetálica de β-Fe. As análises microestruturais revelaram que o comportamento dos precipitados de β-Fe segue um decaimento exponencial com o aumento da adição de Nb e B, uma curva análoga à do refinamento de grãos do ?-Al primário, revelando uma correlação direta entre os eventos. Com isso, foi possível sugerir um mecanismo que mostra como ocorre à transformação morfológica dos precipitados de β-Fe no material com a adição do inoculante Nb e B. As concentrações de 0,05% em peso de Nb e 0,0063% em peso de B mostraram-se adequados para reduzir o tamanho do grão e modificar os precipitados de Fe, refinando-os e tornando-os esféricos. Na segunda etapa do estudo, as amostras foram fundidas em molde metálico de acordo com a norma ASTM B108. A introdução do elemento Mg avaliou se o endurecimento por precipitação foi afetado pela adição do inoculante Nb + B e o conseqüente refinamento do grão. O efeito combinado da manipulação da liga estudada Al10Si1Fe0,35Mg resultou em precipitados β-Fe reduzidos e esferoidizados e maior limite de escoamento (YS) com 208 MPa, limite de resistência à tração (UTS) com 300 MPa e elasticidade de 4,7%. Os resultados superaram os valores limites de resistência e elasticidade de ligas comerciais, como a liga ASTM A357, onde o teor de Fe é baixo (máx. 0,2%).
dc.description.abstract2This thesis investigated the mechanical properties of Al-Si based alloys with Fe contents of 1%, a value above the recommended limits (simulating alloys from recycling), leading to the precipitation of intermetallic β-Fe particles in their microstructure. The brittle β-Fe particles have a rough morphology in the form of highly faceted platelets, forming hard points in the structure of the material, which impairs the mechanical performance of the alloy containing these precipitates. As Al-Si alloys have their mechanical properties improved when the grain is refined or heat-treated, this study sought to understand the effect of adding the inoculant Nb and B, as a grain inoculator, and also the addition of the element Mg and subsequent application of the precipitation hardening treatment (T6), on the morphology of the β-Fe precipitates. We hypothesized that the effects of adding these two techniques would be beneficial to the structure of the material, modifying the size and morphology of the β-Fe precipitates, and also creating a mechanism to reinforce the material, thus enabling it to be used in recycled alloys for use in structural and safety parts. In the first stage, the alloys were inoculated with varying levels of Nb and B to find a value that would reduce the grain size of the molten alloy, refining and modifying the β-Fe precipitates. For this first phase, the samples were cast according to the standard mold, Test Procedure-1 (TP-1). The microstructure of the alloy was analyzed using an optical microscope with polarized light and filter plate and differential interference contrast (DIC) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) with an EDS detector analyzer. In addition, the study was deepened by qualitative and quantitative analyses of the intermetallic precipitation of β-Fe. The microstructural analyses revealed that the behavior of the β-Fe precipitates follows an exponential decay with the increase in the addition of Nb and B, a curve analogous to the grain refinement of primary ?-Al, revealing a direct correlation between the events. With this, it was possible to suggest a mechanism that shows how the morphological transformation of the β-Fe precipitates in the material occurs with the addition of the Nb and B inoculant. The concentrations of 0.05% by weight of Nb and 0.0063% by weight of B proved to be suitable for reducing the grain size and modifying the Fe precipitates, refining them and making them spherical. In the second stage of the study, the samples were cast in a metal mold according to ASTM B108. The introduction of the Mg element assessed whether precipitation hardening was affected by the addition of the Nb + B inoculant and the consequent grain refinement. The combined effect of the manipulation of the Al10Si1Fe0.35Mg alloy studied resulted in reduced and spheroidized β-Fe precipitates and higher yield strength (YS) of 208 MPa, tensile strength (UTS) of 300 MPa and elasticity of 4.7%. The results exceeded the strength and elasticity limit values of commercial alloys, such as ASTM alloy A357, where the Fe content is low (max. 0.2%).
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.bibliographicCitationNARDUCCI JUNIOR, Carlos. Efeito dos precipitados β-Fe no comportamento mecânico das ligas de Al-Si com Fe-crítico, inoculadas via Nióbio e Boro e endurecidas por precipitação. 2021. Tese (Doutorado em Ciências e Tecnologias Espaciais) - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São Jose dos Campos, 2021.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ifsp.edu.br/handle/123456789/428
dc.identifier2.lattes5656028982333860
dc.publisherITA
dc.publisher.campiITAQUAQUECETUBA
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subject.keywordsPrecipitação (Química)
dc.subject.keywordsLigas de alumínio
dc.subject.keywordsLigas de silício
dc.subject.keywordsComportamento mecânico
dc.subject.keywordsFundição
dc.subject.keywordsEngenharia de materiais
dc.titleEfeito dos precipitados β-Fe no comportamento mecânico das ligas de Al-Si com Fe-crítico, inoculadas via Nióbio e Boro e endurecidas por precipitação
dc.title.alternativeEffect of β-Fe precipitates on the mechanical behavior of Al-Si alloys with critical Fe, inoculated via Niobium and Boron and hardened by precipitation
dc.typeTeses e Dissertações
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