Friction stir processing (FSP) has recently become an effective microstructural modifications technique. Reported results showed that for different alloys, FSP produces very fine equiaxed and homogeneous grain structure. FSP is considered to be a new processing technique and more experimental and analytical investigations are needed to advance the industrial utilization of FSP. Most of the work that has been done in the friction stir processing field is experimental and limited modeling activities have been conducted. Attempts to develop a predictive model to correlate the resulting microstructure with process parameters are scarce. In this work, commercial 5052 Aluminum alloy sheets are friction stir processed at different rotational and translational speeds. The effects of process parameters on the resulting microstructure and mechanical properties are investigated. The results show that FSP produces very fine and homogenous grain structure, and it is observed that smaller grain size structure is obtained at lower rotational speeds. It is also observed that the hardness of the processed sheet depends strongly on the rotational and translational speeds and varies widely within the processed region. The results suggest that the temperature achieved during processing plays an important role in determining the microstructure and properties of the processed sheet. In addition, a new modeling approach based on experiments and theory is proposed to predict the grain size of the friction stir processed material as a function of process parameters. The proposed approach involves determination of the strain rate distribution in the processed (deformation) zone based on the velocity fields of the material and correlating the strain rate distribution with the average grain size of the resulting microstructure using Zener-Holloman parameter.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:43:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JUAN CARLOS GALVIS.pdf: 4226266 bytes, checksum: 0eae227198c4da35bbd08f40e2f3a569 (MD5) Previous issue date: 2016-03-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study aimed to develop a detailed study of an alternative technique for surface coatings of components or structures made aluminum alloys, using the friction surfacing process. Thus, the influence of deposition process parameters was evaluated as: traverse speed and rotational speed of consumable rod in mechanical properties and metallurgical deposits made. Due to the fact that the machine used is conventional, the axial force as a process parameter was not obtained directly on the machine. To this was used as a control parameter deposition rate, which is calculated from the relationship between the manual displacements in the Z-axis (Dz) of the machine table with the total time (t) of deposition. The experiments were performed using a conventional milling machine KONE KFE-3 / BR available by machining center of SENAI Ponta Grossa-Paraná capable of generating rotational speeds up to 4200 RPM and traverse speed in the table up to 800 mm/min. aluminum alloy rods were deposited AA6351-T6 on AA5052-H32 aluminum alloy substrates using simple type layer deposition (CS) and overlay (S). After execution of the friction deposition process, the deposits obtained were characterized with regard to geometry (length, width and thickness), followed by macro- and microstructure by the techniques of stereoscopic microscopy (EM), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and microanalysis by energy dispersive spectroscopy (EDS).Additionally, a microtexture analysis by EBSD technique in a scanning electron microscope with field emission (FEG-SEM) was carried out. In order to evaluate the mechanical properties along the thickness of deposits and especially the adhesion strength of the interface deposit /substrate and deposit / deposit microhardness tests and bending test at three points were conducted, respectively. The experimental results showed that the best combination of friction surfacing process parameters between traverse speed and rotational speed used had better interfacial adhesion strength of the deposits were: i) In the case of single layer deposits (CS),the deposit obtained with traverse speed of 240 mm/min and 3000 RPM rotational speed presented the best results and ii) In the case of the overlay type container (S), the best results were obtained with the traverse speed of 340 mm/min and 3000 RPM rotational speed / O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um estudo detalhado de uma técnica alternativa para recobrimentos superficiais de componentes ou estruturas fabricadas em ligas de alumínio, utilizando o processo de união por Deposição Superficial por Atrito (Friction Surfacing FS). Assim, foi avaliada a influência dos parâmetros do processo de deposição como: velocidade de avanço da mesa da máquina e velocidade de rotação da haste consumível nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos depósitos realizados. Em virtude da máquina utilizada ser convencional, a força axial como parâmetro de processo não foi obtida diretamente na máquina. Para isto, foi utilizado como parâmetro de controle a taxa de deposição, sendo este calculado a partir da relação entre o deslocamento manual no eixo Z (Dz) da mesa da máquina com o tempo total (t) de deposição. Os experimentos foram realizados utilizando-se uma máquina fresadora KONE KFE-3/BR disponibilizada pelo Centro de Usinagem do SENAI Ponta Grossa - Paraná com capacidade de gerar velocidades de rotação de até 4200 RPM e velocidades de avanço na mesa de até 800 mm/min. Foram depositadas hastes de liga de alumínio AA6351-T6 sobre substratos de liga de alumínio AA5052-H32 realizando deposições de tipo camada simples (CS) e sobrecamada (S). Após execução do processo de deposição por atrito, os depósitos obtidos foram caracterizados quanto a geometria (comprimento, largura e espessura), seguido de análises macro e microestruturais por meio das técnicas de microscopia estereoscópica (ME), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microanálise por espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Adicionalmente, foi realizado uma análise de microtextura pela técnica de EBSD em microscópio eletrônico de varredura com emissão de campo (FEG-MEV). Com o intuito de avaliar as propriedades mecânicas ao longo da espessura dos depósitos e principalmente a resistência de adesão da interface depósito/substrato e depósito/depósito ensaios de microdureza e ensaios de dobramento em três pontos foram realizados, respectivamente. Os resultados experimentais mostraram que as melhores combinações de parâmetros de processo de deposição por atrito entre velocidade de avanço e velocidade de rotação usados que obtiveram melhor resistência de adesão interfacial dos depósitos foram: i) no caso dos depósitos de camada simples (CS), velocidade de avanço de 240 mm/min e velocidade de rotação de 3000 RPM e ii) no caso do depósito tipo sobrecamada (S), a velocidade de avanço de 340 mm/min e velocidade de rotação de 3000 RPM.

Nesta dissertação de mestrado foram utilizadas duas ligas de alumínio (AA1100 e AA5052) para a produção de uma microestrutura final apresentando tamanho médio de grãos menores que um micrometro. Tal fato foi possível através do processo de Accumulated Roll Bonding (ARB). Tais materiais produzidos por ARB, foram caracterizados conforme propriedades mecânicas (microdureza, limite de escoamento e resistência) e microestruturais (tamanho de grão e macrotextura e composição química dos precipitados). O principal resultado para este trabalho foi a produção de tiras de AA 1100 e AA 5052 com tamanho médio de grão de 0,50 ± 0,04 m e 0,42 ± 0,06 m respectivamente. Tal resultado é coerente em comparação à literatura. Com relação aos resultados de textura, tais amostras apresentaram temperatura de recristalização acima de 473K e componente de textura típicas de cisalhamento (tanto para o material oriundo de fábrica como para o material laminado). Tal fato é esperado já que não se utilizou lubrificação durante ensaios de laminação. A propriedade mecânica de microdureza de AA 1100 ficou coerente com a literatura embora as propriedades de limite de escoamento e de resistência possuíram módulos abaixo da literatura. / The present work is related to the production, in a laboratory scale, of a metallic microstructure having a grain size smaller than one micrometer, through the Accumulated Roll Bonding technique(ARB), for two different aluminum alloys, namely AA 1100 and AA 5052. The strips obtained by the ARB technique have been characterized by their mechanical properties (microhardness, yield and tensile strength), and their microstructure (grain size, macrotexture and precipitates chemical composition). The main result of this work has been the rolling of AA1100 and AA5052 strips with an average grain size of 0.5 ± 0.04 m and 0.42 ± 0.06 m respectively. Such results are consistent with the literature. Relative to the texture, the samples presented a recrystallization temperature higher than 473K and typical shear texture components (due to the dry rolling conditions during the ARB). Microhardness of the AA110 was consistent with literature data; however yield and tensile strength presented values that were lower than those observed in the literature.

Nesta dissertação de mestrado foram utilizadas duas ligas de alumínio (AA1100 e AA5052) para a produção de uma microestrutura final apresentando tamanho médio de grãos menores que um micrometro. Tal fato foi possível através do processo de Accumulated Roll Bonding (ARB). Tais materiais produzidos por ARB, foram caracterizados conforme propriedades mecânicas (microdureza, limite de escoamento e resistência) e microestruturais (tamanho de grão e macrotextura e composição química dos precipitados). O principal resultado para este trabalho foi a produção de tiras de AA 1100 e AA 5052 com tamanho médio de grão de 0,50 ± 0,04 m e 0,42 ± 0,06 m respectivamente. Tal resultado é coerente em comparação à literatura. Com relação aos resultados de textura, tais amostras apresentaram temperatura de recristalização acima de 473K e componente de textura típicas de cisalhamento (tanto para o material oriundo de fábrica como para o material laminado). Tal fato é esperado já que não se utilizou lubrificação durante ensaios de laminação. A propriedade mecânica de microdureza de AA 1100 ficou coerente com a literatura embora as propriedades de limite de escoamento e de resistência possuíram módulos abaixo da literatura. / The present work is related to the production, in a laboratory scale, of a metallic microstructure having a grain size smaller than one micrometer, through the Accumulated Roll Bonding technique(ARB), for two different aluminum alloys, namely AA 1100 and AA 5052. The strips obtained by the ARB technique have been characterized by their mechanical properties (microhardness, yield and tensile strength), and their microstructure (grain size, macrotexture and precipitates chemical composition). The main result of this work has been the rolling of AA1100 and AA5052 strips with an average grain size of 0.5 ± 0.04 m and 0.42 ± 0.06 m respectively. Such results are consistent with the literature. Relative to the texture, the samples presented a recrystallization temperature higher than 473K and typical shear texture components (due to the dry rolling conditions during the ARB). Microhardness of the AA110 was consistent with literature data; however yield and tensile strength presented values that were lower than those observed in the literature.