Este trabalho procurou identificar o defeito que ocorria no teste de estanqueidade de uma peça e apresentar a correlação entre o nível de porosidade encontrado no produto fundido com a liga de alumínio A356 e os processos de fusão e de manutenção sob temperaturas controladas, o teor de hidrogênio, o sistema de enchimento e de alimentação, obedecendo ao princípio de solidificação direcional e o posicionamento do modelo em relação à linha de divisão. Foram efetuadas algumas experiências com diferentes tempos de introdução de nitrogênio para a purificação do metal, com a inversão do modelo em relação ao plano de partição do molde, com a modificação das dimensões do sistema de enchimento, com a substituição dos massalotes laterais por outros com luvas exotérmicas e utilizando-se resfriadores. Tentou-se verificar os benefícios que os filtros cerâmicos proporcionam aos fundidos, principalmente quanto à diminuição do nível de porosidade, menor turbulência e maior capacidade de reter as inclusões e parte dos filmes de óxidos. Para comprová-los, propôs-se a fundição de peças, em moldes confeccionados pelo processo de areia à verde, com diferentes tipos de filtros cerâmicos nos canais de distribuição. As amostras foram analisadas no Laboratório Metalográfico do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e no Laboratório de Metalurgia e de Materiais Cerâmicos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. Após a análise dos resultados em microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura e em espectrômetro por emissão de energia observou-se que o problema está relacionado principalmente com a alimentação e a solidificação direcional e não somente com o teor de hidrogênio. / The objective of this work is to study the type of defect identified during the pressure tightness test of aluminum parts and to establish a relationship between porosity level of an A356 aluminum alloy and the production processes, hydrogen level, feeding system, and directional solidification. Different nitrogen blowing times, inversion of the mould pattern, relative to the partition line, changing of the feeding system dimensions, replacement of the lateral feeding by exothermic gloves and the use of chills where tested. Ceramic filters were also tested, in order to evaluate their influence on the formation of porosities and on the porosity level, through a decrease of turbulence and an increase in the capacity of retaining non-metallic inclusions and part of the oxide films. Casting was performed by the green sand process using different ceramic filters. The obtained parts were metallographicaly analyzed through optical and scanning electronic microscopy using also EDS analysis. The results showed that porosity is related with the feeding conditions and directional solidification besides the hydrogen content of the alloys.

Este trabalho procurou identificar o defeito que ocorria no teste de estanqueidade de uma peça e apresentar a correlação entre o nível de porosidade encontrado no produto fundido com a liga de alumínio A356 e os processos de fusão e de manutenção sob temperaturas controladas, o teor de hidrogênio, o sistema de enchimento e de alimentação, obedecendo ao princípio de solidificação direcional e o posicionamento do modelo em relação à linha de divisão. Foram efetuadas algumas experiências com diferentes tempos de introdução de nitrogênio para a purificação do metal, com a inversão do modelo em relação ao plano de partição do molde, com a modificação das dimensões do sistema de enchimento, com a substituição dos massalotes laterais por outros com luvas exotérmicas e utilizando-se resfriadores. Tentou-se verificar os benefícios que os filtros cerâmicos proporcionam aos fundidos, principalmente quanto à diminuição do nível de porosidade, menor turbulência e maior capacidade de reter as inclusões e parte dos filmes de óxidos. Para comprová-los, propôs-se a fundição de peças, em moldes confeccionados pelo processo de areia à verde, com diferentes tipos de filtros cerâmicos nos canais de distribuição. As amostras foram analisadas no Laboratório Metalográfico do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e no Laboratório de Metalurgia e de Materiais Cerâmicos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. Após a análise dos resultados em microscópio óptico, microscópio eletrônico de varredura e em espectrômetro por emissão de energia observou-se que o problema está relacionado principalmente com a alimentação e a solidificação direcional e não somente com o teor de hidrogênio. / The objective of this work is to study the type of defect identified during the pressure tightness test of aluminum parts and to establish a relationship between porosity level of an A356 aluminum alloy and the production processes, hydrogen level, feeding system, and directional solidification. Different nitrogen blowing times, inversion of the mould pattern, relative to the partition line, changing of the feeding system dimensions, replacement of the lateral feeding by exothermic gloves and the use of chills where tested. Ceramic filters were also tested, in order to evaluate their influence on the formation of porosities and on the porosity level, through a decrease of turbulence and an increase in the capacity of retaining non-metallic inclusions and part of the oxide films. Casting was performed by the green sand process using different ceramic filters. The obtained parts were metallographicaly analyzed through optical and scanning electronic microscopy using also EDS analysis. The results showed that porosity is related with the feeding conditions and directional solidification besides the hydrogen content of the alloys.

Metal fatigue is a recurring problem for metallurgists and materials engineers, especially in structural applications. It has been responsible for many disastrous accidents and tragedies in history. Understanding the micro-mechanisms during cyclic deformation and combating fatigue failure has remained a grand challenge. Environmental effects, like temperature or a corrosive medium, further worsen and complicate the problem. Ultimate design against fatigue must come from a materials perspective with a fundamental understanding of the interaction of microstructural features with dislocations, under the influence of stress, temperature, and other factors. This research endeavors to contribute to the current understanding of the fatigue failure mechanisms. Cast aluminum alloys are susceptible to fatigue failure due to the presence of defects in the microstructure like casting porosities, non-metallic inclusions, non-uniform distribution of secondary phases, etc. Friction stir processing (FSP), an emerging solid state processing technique, is an effective tool to refine and homogenize the cast microstructure of an alloy. In this work, the effect of FSP on the microstructure of an A356 cast aluminum alloy, and the resulting effect on its tensile and fatigue behavior have been studied. The main focus is on crack initiation and propagation mechanisms, and how stage I and stage II cracks interact with the different microstructural features. Three unique microstructural conditions have been tested for fatigue performance at room temperature, 150 °C and 200 °C. Detailed fractography has been performed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and electron back scattered diffraction (EBSD). These tools have also been utilized to characterize microstructural aspects like grain size, eutectic silicon particle size and distribution. Cyclic deformation at low temperatures is very sensitive to the microstructural distribution in this alloy. The findings from the room temperature fatigue tests highlight the important role played by persistent slip bands (PSBs) in fatigue crack initiation. At room temperature, cracks initiate along PSBs in the absence of other defects/stress risers, and grow transgranularly. Their propagation is retarded when they encounter grain boundaries. Another major finding is the complete transition of the mode of fatigue cracking from transgranular to intergranular, at 200 °C. This occurs when PSBs form in adjacent grains and impinge on grain boundaries, raising the stress concentration at these locations. This initiates cracks along the grain boundaries. At these temperatures, cyclic deformation is no longer microstructure- dependent. Grain boundaries don’t impede the progress of cracks, instead aid in their propagation. This work has extended the current understanding of fatigue cracking mechanisms in A356 Al alloys to elevated temperatures.