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Carcaças de transmissão estão geralmente sujeitas a tensões cíclicas geradas durante o funcionamento do motor, e estas tensões são mais críticas a temperaturas elevadas e em tempos prolongados. Os gradientes térmicos induzidos no interior de componentes sujeitos a variações de temperatura durante o período de funcionamento podem levar a tensões e deformações internas e a repetição destes ciclos térmicos pode causar a nucleação e a propagação de trincas por um processo denominado de fadiga termomecânica. Este trabalho apresenta um estudo sobre as diferenças das propriedades mecânicas de duas ligas de Al-Si fundidas sobre pressão em molde permanente (injetadas), uma identificada como sendo a Liga A, que contém o elemento de liga Mg, e a Liga B que não contém o Mg, para uso em carcaças de transmissão de veículos automotivos. Neste estudo foram realizados ensaios mecânicos de dureza, de tração e de fadiga isotérmica e anisotérmica e análises fratográficas e microestruturais por microscopia ótica e eletrônica de varredura. A Liga A apresentou resistência mecânica superior à Liga B em toda a faixa de temperatura analisada, apesar da maior quantidade de defeitos de fundição existentes nesta liga. Foi utilizada a metodologia S-N, cujos dados foram inferidos a partir dos ensaios de fadiga termomecânica. A Liga A apresenta desempenho ligeiramente superior à Liga B, especialmente para baixos níveis de tensão aplicados. Entretanto, para ensaios executados sob controle de deformação, não houve diferença significativa na resistência à fadiga entre as duas ligas. / Gear Box housings are usually subjected to cyclic stresses generated during engine operation. Such stresses are more critical at high temperatures and long times. Thermal gradients induced within the components submitted to variation of temperature during working may result in internal stresses and strains. Thermal cycling can result in crack nucleation and propagation by the process of thermomechanical fatigue (TMF). The main aim of this work was to evaluate the effects of Mg content on the mechanical properties of permanent mold cast Al-Si alloys. Two alloys, one containing Mg addition (\"A\" alloy) and another without Mg (\"B\" alloy) were tested under strain temperature TMF controlled conditions. In this study were performed mechanical tests of hardness, tensile strength, and anisotropic / isothermal fatigue and microstrutural / photographic analysis by scanning electronic microscopy (SEM). Using the S-N approach inferred from the TMF results, \"A\" alloy (Mg-added) presented a slightly better performance then \"B\" alloy especially at low stress amplitude levels. However, in the TMF testing conditions was not observed any significant difference in fatigue resistance for both alloys.

As ligas de Al-Si são amplamente utilizadas na indústria em substituição ao aço e o ferro fundido nos setores de alta tecnologia. A importância comercial dessas ligas deve-se principalmente ao seu baixo peso, excelente resistência à abrasão e à corrosão, alta resistência em temperaturas elevadas, baixo coeficiente de expansão térmica e menor consumo de combustível que proporciona redução considerável de emissão de poluentes. No presente trabalho, uma liga de Al-Si utilizada na indústria automobilística para fabricação de pistões de motores de combustão interna, foi submetida a tratamentos superficiais de refusão a LASER (Nd:YAG, λ = 1,06 m, modo pulsado). A radiação laser possibilita diversas concentrações de energia com precisa transferência dela para o material sem contato físico. A transferência intensa de energia provoca a ocorrência de modificações estruturais na camada superficial do material. Experimentos com pulsos únicos e trilhas foram realizados sob diferentes condições de processamento LASER com o intuito de analisar as mudanças microestruturais resultantes dos tratamentos e seus efeitos sobre a dureza. Para a caracterização da camada endurecida foram utilizadas as seguintes técnicas: microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), mapeamento de raios-X, ensaios de microdureza Vickers e de rugosidade máxima. Após os tratamentos superficiais de refusão a LASER da liga Al-Si, a alta taxa de resfriamento resultante causou mudança na microestrutura devido ao refinamento das partículas de silício eutético primário presentes na liga, resultando em aumento de dureza. / The Al-Si alloys are widely used in industry to replace the steel and gray cast iron in high-tech sectors. The commercial importance of these alloys is mainly due to its low weight, excellent wear (abrasion) and corrosion resistance, high resistance at elevated temperatures, low coefficient of thermal expansion and lesser fuel consumption that provide considerable reduction of emission of pollutants. In this work, Al-Si alloy used in the automotive industry to manufacture pistons of internal combustion engines, was undergone to surface treatments using LASER remelting (Nd:YAG, λ = 1.06 m, pulsed mode). The LASER enables various energy concentrations with accurate transfer to the material without physical contact. The intense energy transfer causes the occurrence of structural changes in the superficial layer of the material. Experiments with single pulses and trails were conducted under various conditions of LASER processing in order to analyze microestrutural changes resulting from treatments and their effects on the hardness. For the characterization of hardened layer was utilized the following techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), x-ray mapping, Vickers microhardness and maximum roughness tests. The high cooling rate caused a change in the alloy structure due to the refinement of the primary eutectic silicon particles, resulting in increase of the mechanical properties (hardness) of the Al-Si alloy.

Carcaças de transmissão estão geralmente sujeitas a tensões cíclicas geradas durante o funcionamento do motor, e estas tensões são mais críticas a temperaturas elevadas e em tempos prolongados. Os gradientes térmicos induzidos no interior de componentes sujeitos a variações de temperatura durante o período de funcionamento podem levar a tensões e deformações internas e a repetição destes ciclos térmicos pode causar a nucleação e a propagação de trincas por um processo denominado de fadiga termomecânica. Este trabalho apresenta um estudo sobre as diferenças das propriedades mecânicas de duas ligas de Al-Si fundidas sobre pressão em molde permanente (injetadas), uma identificada como sendo a Liga A, que contém o elemento de liga Mg, e a Liga B que não contém o Mg, para uso em carcaças de transmissão de veículos automotivos. Neste estudo foram realizados ensaios mecânicos de dureza, de tração e de fadiga isotérmica e anisotérmica e análises fratográficas e microestruturais por microscopia ótica e eletrônica de varredura. A Liga A apresentou resistência mecânica superior à Liga B em toda a faixa de temperatura analisada, apesar da maior quantidade de defeitos de fundição existentes nesta liga. Foi utilizada a metodologia S-N, cujos dados foram inferidos a partir dos ensaios de fadiga termomecânica. A Liga A apresenta desempenho ligeiramente superior à Liga B, especialmente para baixos níveis de tensão aplicados. Entretanto, para ensaios executados sob controle de deformação, não houve diferença significativa na resistência à fadiga entre as duas ligas. / Gear Box housings are usually subjected to cyclic stresses generated during engine operation. Such stresses are more critical at high temperatures and long times. Thermal gradients induced within the components submitted to variation of temperature during working may result in internal stresses and strains. Thermal cycling can result in crack nucleation and propagation by the process of thermomechanical fatigue (TMF). The main aim of this work was to evaluate the effects of Mg content on the mechanical properties of permanent mold cast Al-Si alloys. Two alloys, one containing Mg addition (\"A\" alloy) and another without Mg (\"B\" alloy) were tested under strain temperature TMF controlled conditions. In this study were performed mechanical tests of hardness, tensile strength, and anisotropic / isothermal fatigue and microstrutural / photographic analysis by scanning electronic microscopy (SEM). Using the S-N approach inferred from the TMF results, \"A\" alloy (Mg-added) presented a slightly better performance then \"B\" alloy especially at low stress amplitude levels. However, in the TMF testing conditions was not observed any significant difference in fatigue resistance for both alloys.

As ligas de Al-Si são amplamente utilizadas na indústria em substituição ao aço e o ferro fundido nos setores de alta tecnologia. A importância comercial dessas ligas deve-se principalmente ao seu baixo peso, excelente resistência à abrasão e à corrosão, alta resistência em temperaturas elevadas, baixo coeficiente de expansão térmica e menor consumo de combustível que proporciona redução considerável de emissão de poluentes. No presente trabalho, uma liga de Al-Si utilizada na indústria automobilística para fabricação de pistões de motores de combustão interna, foi submetida a tratamentos superficiais de refusão a LASER (Nd:YAG, λ = 1,06 m, modo pulsado). A radiação laser possibilita diversas concentrações de energia com precisa transferência dela para o material sem contato físico. A transferência intensa de energia provoca a ocorrência de modificações estruturais na camada superficial do material. Experimentos com pulsos únicos e trilhas foram realizados sob diferentes condições de processamento LASER com o intuito de analisar as mudanças microestruturais resultantes dos tratamentos e seus efeitos sobre a dureza. Para a caracterização da camada endurecida foram utilizadas as seguintes técnicas: microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por energia dispersiva (EDS), mapeamento de raios-X, ensaios de microdureza Vickers e de rugosidade máxima. Após os tratamentos superficiais de refusão a LASER da liga Al-Si, a alta taxa de resfriamento resultante causou mudança na microestrutura devido ao refinamento das partículas de silício eutético primário presentes na liga, resultando em aumento de dureza. / The Al-Si alloys are widely used in industry to replace the steel and gray cast iron in high-tech sectors. The commercial importance of these alloys is mainly due to its low weight, excellent wear (abrasion) and corrosion resistance, high resistance at elevated temperatures, low coefficient of thermal expansion and lesser fuel consumption that provide considerable reduction of emission of pollutants. In this work, Al-Si alloy used in the automotive industry to manufacture pistons of internal combustion engines, was undergone to surface treatments using LASER remelting (Nd:YAG, λ = 1.06 m, pulsed mode). The LASER enables various energy concentrations with accurate transfer to the material without physical contact. The intense energy transfer causes the occurrence of structural changes in the superficial layer of the material. Experiments with single pulses and trails were conducted under various conditions of LASER processing in order to analyze microestrutural changes resulting from treatments and their effects on the hardness. For the characterization of hardened layer was utilized the following techniques: optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), x-ray mapping, Vickers microhardness and maximum roughness tests. The high cooling rate caused a change in the alloy structure due to the refinement of the primary eutectic silicon particles, resulting in increase of the mechanical properties (hardness) of the Al-Si alloy.

De nos jours on utilise de plus en plus les aciers pré-revêtus dédiés aux applications pour emboutissage à chaud afin de protéger la surface de l’acier contre la décarburation et l’oxydation durant le traitement thermique. Le revêtement est déposé à chaud en continu par immersion de la bande d’acier dans un bain d’Al-Si. Pendant l’austénitisation le revêtement Al-Si se transforme par réactions d’inter-diffusion et de solidification. Ces réactions conditionnent la microstructure finale et en particulier la surface du revêtement, responsable des propriétés d’emploi telles que le soudage par point et l’adhérence peinture.A l’état de livraison le revêtement Al-Si contient les phases suivantes : des grains d’Al, l’eutectique ternaire Al-Fe-Si, une couche intermétallique ternaire Al-Fe-Si et une couche intermétallique binaire Al-Fe. Après austénitisation les phases se transforment en deux types d’intermétalliques : intermétalliques ternaires riches en Si et intermétalliques binaires pauvre en Si.Durant cette étude une identification complète des différentes phases a été établie. Les phases initialement riches en Si se transforment en phases fusibles par réactions eutectique ou péritectique. La présence de phase liquide accélère la diffusion locale de fer permettant aux phases riches en Si de garder leur contenu en Si pendant tout le traitement thermique. C’est la diffusion du fer qui stabilise les gradients en Si dans le revêtement, malgré les lois de diffusion classiques. En utilisant le diagramme de phases ternaire il a été démontré comment l’enrichissement en fer s’établit dans le revêtement tout en gardant l’équilibre aux interfaces entre les phases riches et pauvres en Si / Nowadays more and more pre-coated steels are applied in hot-stamping process to prevent the steel surface against iron oxidation and decarburization during the heat-treatment. The coating is deposited by hot-dipping the coil in an Al-Si bath. During the austenitization, the Al-Si coating transforms completely by inter-diffusion and solidification reactions, which define the final microstructure and particularly the top layer responsible for the in-use properties like spot welding and painting adhesion.At the delivery state, the Al-Si coating is a multiphase coating containing the following phases: Al-grains, Al-Fe-Si ternary eutectic phase, an Al-Fe-Si intermetallic layer and a binary Al-Fe interfacial layer. After the heat-treatment, all the phases transform into two types of intermetallic compounds: Si-rich ternary and Si-poor binary compounds.During this study, a complete identification of the different intermetallic phases has been conducted. Initial ternary Al-Fe-Si phases transform into fusible phases by eutectic or peritectic reaction. The presence of liquid state enables rapid local iron diffusion which allows to the Si-rich phases to keep their high Si content during the whole treatment. So the iron diffusion stabilizes the Si gradients in the coating despite the classical diffusion laws. Using the ternary phase diagram it was shown how iron enrichment in the coating proceeds by keeping thermodynamical equilibrium along the interfaces between Si-rich ternary and Si-poor binary phases. A phenomenological model of phase transformations explaining the formation of differente coating microstructures during the austenitization step is proposed

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The combination of two cost-effective processes, i.e. casting and anodising, would be an interest for the aluminium component applications. However, there are some obstacles in the application of anodising on cast Al alloys. The challenges mostly relate to the alloying elements especially Si and the surface quality. With the development of casting process, cast aluminium alloys with low Si content can be casted, and a complex geometry component with reasonably good surface finish can be achieved. This study aims to identify the influence of Si on anodising and mechanical properties of Al-Si alloys. In this study, six Al-Si alloys with three different Si level and two different Sr level were investigated. Sr acts as a modifier to change the morphology of Si particles. The directional solidification technology was used to vary the microstructure coarseness by controlling the cooling rate to study the influence of Si level, Si particle morphology and cooling rate on mechanical properties, oxide layer formation and corrosion protection performance in cast Al-Si alloys. This study has observed that Si has a significant influence on anodising. During anodising, Si particles are anodised at a lower rate than the Al phase. The presence of Si particles in eutectic phase make the oxide layer locally thinner and more defected due to the low oxide growth rate in eutectic phase. This study observed the presence of residual metallic Al phase beneath or between Si particles. Due to their presence and their geometry, Al can be shielded by Si particles and prevented from oxidation. Si particles also act as a key role in the corrosion protection of oxide layer in Al-Si alloys. The corrosion attack propagates along Si particles as well as oxide defects to the Al substrate. It is found that the morphology of Si particles has a significant influence on the oxide layer formation and corrosion protection performance of the oxide layer on cast Al-Si alloys. A substantially improvement the corrosion resistance of anodised layer on Al-Si alloys is attributed to the morphology change from interconnected flakes to disconnected Si fibres when Sr is added, with less oxide defects and better oxide distribution. The Si level governs the mechanical properties of Al-Si based alloys. An increase of Si content in Al alloys improves the mechanical properties such as ultimate tensile and yield strength as well as hardness of the materials, but decreases the ductility. However, an increase of Si level in Al alloys decreases the thickness of oxide layer, and thereby, the corrosion protection of the oxide layer is deteriorated. / Kombinationen av två kostnadseffektiva processer, gjutning och anodisering, är av intresse för tillämpning på aluminiumkomponenter. Det finns dock hinder för tillämpning av anodisering på gjutna aluminiumlegeringar. Utmaningarna relaterar till effekten av legeringselement, i synnerhet Si, och komponentens ytkvalité. Med utvecklingen av gjutprocesser kan aluminiumlegeringar med lågt Si-innehåll gjutas, och komponenter med komplex geometri med förbättrad ytkvalité kan uppnås. Denna studie syftar till att identifiera påverkan av Si på anodisering och mekaniska egenskaper hos Al-Si-baserade legeringar. I denna studie undersöktes sex Al-Si-legeringar med tre nivåer av Si och två nivåer av Sr. Tillsatser av Sr leder till modifikation av morfologin hos Si-partiklar. Med hjälp av tekniken ”riktad stelning” varierades stelningshastigheten för att studera sambanden mellan halten och morfologin av Si, mikrostrukturens grovlek och dess inverkan på mekaniska egenskaper, samt oxidskiktets bildning och korrosionsbeständighet hos gjutna Al-Si-legeringar. Denna studie visar att Si har ett betydande inflytande på anodisering r. Under anodisering, anodiseras Si-partiklar i en lägre takt än Al-fasen. Närvaron av Si-partiklar i eutektisk fas bidrar till ett lokalt förtunnat oxidskikt med fler defekter på grund av den låga oxidtillväxthastigheten i eutektisk fas. Denna studie observerade förekomsten av kvarvarande metalliska Al fasen under eller mellan Si-partiklar. På grund av Si-partiklarnas närvaro och geometri, kan Al skärmas från oxidation. Si-partiklar har även en nyckelroll i korrosionsskydd av oxidskiktet i Al-Si-legeringar. Korrosionsangreppet propagerar längs Si-partiklar samt oxiddefekter till Al-substrat. Morfologin av Si-partiklar har funnits ha en betydande inverkan på oxidskiktets bildning och korrosionsskydd hos gjutna Al-Si-legeringar. En väsentlig förbättring av korrosionsbeständigheten i anodiserat skikt hos Al-Si-legeringar tillskrivs förändring av kiselns morfologi från sammankopplade flingor till osammanhängande fibrer när Sr tillsätts, med mindre oxiddefekter och bättre fördelning av oxid. Si halten påverkar de mekaniska egenskaperna hos Al-Si-baserade legeringar. En ökning av Si innehålleti Al-legeringar förbättrar de mekaniska egenskaperna såsom brott och sträckgräns samt hårdhet hos materialen, men minskar duktiliteten. En ökning med Si halt i Al-legeringar minskar dessvärre tjockleken hos oxidskiktet, och därigenom, försämrar oxidskiktets korrosionsskydd.

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Made available in DSpace on 2016-04-18T21:36:00Z (GMT). No. of bitstreams: 5 Gisele Fabiane Costa Almeida1.pdf: 1559852 bytes, checksum: e3b64fa01d9ed0c356ae71c2a82587a7 (MD5) Gisele Fabiane Costa Almeida2.pdf: 1613261 bytes, checksum: 3e72985f0d62cd4fa325c96f8006249d (MD5) Gisele Fabiane Costa Almeida3.pdf: 3272753 bytes, checksum: 0b5a3898ec5da9039eac14745eea284c (MD5) Gisele Fabiane Costa Almeida4.pdf: 3370583 bytes, checksum: 7f72a8ed429e200e2f55f2d29cc98be5 (MD5) Gisele Fabiane Costa Almeida5.pdf: 1976497 bytes, checksum: dbd9cfe819655d89788c98248e292c2c (MD5) Previous issue date: 2009-08-12 / In this paper the microstructure and the mechanical properties of the hypoeutectic Al-Si alloy (7%Si) casted in a green sand mold were investigated. About 90% of the aluminum alloys have presented the silicon as the main element. The process of green sand casting is largely used due to its facility, versatility and low cost. However, to reach a more refined microstructure and component phases with expected morphology, it is necessary to use aluminum &#945; grain refiners and the eutectic &#946; silicon modifier. The aim of this paper is to identify the effects of the aluminum grain refinement and the eutectic silicon modification at the mechanical properties of the alloy Al-7%Si. There were made several additions of the Nucleant 100 (titanium and boron based) and TiBAl refiner (5/1) and sodium salt based and the SrAl 10% alloy modifiers. The alloy with no eutectic silicon modifiers addition presented the eutectic silicon as a plate-like structure. The addition of grain modifiers, both sodiumbased and strontium based, promotes a change in the eutectic silicon morphology, making it have a less angular and more rounded appearance. The overage of sodium in the modification leads to a reduction in the alloy ductility. Strontium modified alloys present a mild reduction in the yield strength with a significant improvement in the tensile strength and elongation. These properties are strictly connected with the alloy modification rate. The addition of grain refiners, not only the Nucleant 100 but also the TiBAl improves the yield and ultimate strength and elongation, with or without the modifier addition. / Neste trabalho foram investigadas a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga Al-Si hipoeutética (7%Si) fundida em molde de areia verde. Dentre as ligas de alumínio, cerca de 90% tem o silício como principal elemento de liga. O processo de fundição em areia verde é amplamente utilizado devido a ser um processo simples, versátil e de baixo custo. Contudo, para se obter um controle da microestrutura e das fases constituintes é necessário a utilização de refinadores de grão do alumínio &#945; e modificadores do silício eutético &#946;. O objetivo deste trabalho foi identificar os efeitos do refino de grão do alumínio e da modificação do silício eutético nas propriedades mecânicas da liga Al-7%Si. Foram feitas adições diversas dos refinadores Nucleant 100, à base de titânio e boro, e TiBAl (5/1) e dos modificadores à base de sais de sódio e a liga SrAl 10%. A liga sem adições de modificadores apresentou o silício eutético na forma de plaquetas. A adição dos modificadores de grão, tanto à base de sódio como estrôncio, acarretou uma mudança na morfologia do silício eutético, tornando-o com uma aparência menos angular e mais arredondada. O excesso de sódio na modificação conduz a uma diminuição da ductilidade da liga. As ligas modificadas com estrôncio apresentam uma leve diminuição no limite de escoamento e um aumento mais significativo do limite de resistência e do alongamento. Estas propriedades estão diretamente relacionadas com o grau de modificação da liga. A adição de refinadores de grão, tanto o Nucleant 100 como o TiBAl melhoram os limites de escoamento e de resistência e o alongamento da liga, com ou sem adição de modificador.