Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O NbAl3 e algumas ligas intermetálicas do sistema Nb-Ni-AI foram sintetizadas por combustão a partir dos pós de seus elementos constituintes. O efeito de variáveis de processo, como o tamanho de partícula dos pós, a composição química, a pressão de compactação, o tratamento de desgaseificação e a taxa de aquecimento, foram investigados na síntese do NbAl3 na forma de pastilhas cilíndricas. A síntese de ligas do sistema Nb-Ni-AI foi realizada a partir de misturas com as composições Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI e Nb30Ni60AI. A microestrutura das amostras reagidas foi caracterizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e difração de raios-X (método de Rietveld). Foram obtidas pastilhas de NbAl3 com 98,5 % da densidade teórica, superior ao valor encontrado na literatura (95%), mediante o controle de variáveis de processo. Nas pastilhas contendo níquel, a combustão ocorreu nas pastilhas de todas as composições. Fases metaestáveis, presentes na microestrutura das pastilhas baitas de reação, foram transformadas após tratamento térmico, originando ligas trifásicas com diferentes concentrações de fases (NbAl3, NiAI e NbNiAI), conforme a composição inicial do compactado. Algumas propriedades mecânicas de amostras brutas de reação e tratadas termicamente foram determinadas pela técnica da impressão (microdureza e tenacidade). Os resultados obtidos são comparáveis aos da literatura, salvo algumas discrepâncias atribuídas a processos de fabricação distintos. As etapas de reação da síntese do NbAl3 e de ligas Nb-Ni-AI foram posteriormente investigadas mediante interrupção da reação durante sua propagação ao longo de barras paralelepipédicas compactadas. Verificou-se que a síntese do NbAl3 ocorre pela dissolução de nióbio no alumínio fundido, seguida da precipitação do NbAl3. Nas amostras contendo níquel, a síntese ocorre em dois estágios: no primeiro estágio formam-se o Ni2Al3 ou o NiAl3, em quantidades relativas dependentes da composição geral. As reações deste primeiro estágio podem disparar as reações do segundo estágio, referentes à síntese do NbAl3. / Tese(Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho quatro ligas Al-Si hipereutéticas, três das quais foram produzidas por conformação por \"spray\" e a outra por fundição, foram caracterizadas quanto a textura, dureza, microestrutura e resistência à corrosão em meio de condensado sintético automotivo (CSA). Duas das ligas conformadas por \"spray\" foram retiradas de camisas de cilindro e a outra de um pré-formado obtido em laboratório. A conformação por \"spray\" envolve a atomização de uma liga e a deposição de gotículas em um substrato, antes mesmo que todas se encontrem no estado sólido. Este processo permite a obtenção de materiais que se caracterizam por uma microestrutura livre de macrossegregações e bastante refinada, implicando melhor trabalhabilidade a quente. A caracterização da microestrutura das quatro ligas hipereutéticas revelou a presença de porosidades na liga obtida em laboratório, e microestrutura com distribuição homogênea de precipitados primários nas três ligas conformadas por \"spray\". A microestrutura de uma das ligas apresentou-se muito diferenciada, com a presença de eutético, sugerindo que esta foi fabricada por fundição. Nas camisas de cilindro foram feitas medidas de rugosidade, e em todas as ligas foram realizados ensaios de microdureza. A liga conformada por \"spray\" e obtida em laboratório foi laminada a quente e a frio. Foram realizados também estudos de textura, para tentar estabelecer uma correlação entre todas as ligas quanto ao processo de fabricação. A avaliação da textura indicou que a presença de fases de silício primário, finamente distribuídas impedem o aparecimento de texturas típicas de deformação de ligas de alumínio, mesmo após severas deformações, como as necessárias para a transformação de pré-formados em tubos que originam as camisas de cilindro. As medidas de rugosidade indicaram características próprias do acabamento superficial usado para a produção das camisas, por brunimento ou por ataque químico. Os ensaios de microdureza apresentaram variações de acordo com as rotas de fabricação sendo que a liga eutética apresentou os maiores valores de microdureza em comparação às ligas conformadas por \"spray\". Todas as ligas foram avaliadas quanto a resistência à corrosão por ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica em dois meios, CSA com pH 3,3 e CSA com pH 11. As quatro ligas hipereutéticas estudadas apresentaram mecanismo de corrosão similar em condensado sintético automotivo (CSA) pH 3,3. Em todas ocorreu o ataque intenso da matriz de alumínio e as partículas de silício primário atuaram como regiões catódicas. A liga 2 apresentou maior resistência à corrosão entre todas as ligas ensaiadas, tanto em CSA pH 3,3 como em pH 11. Neste último meio, uma camada de produtos de corrosão formou-se sobre todas as ligas, e os resultados indicaram mecanismos diferentes para o ataque da matriz de Al e para o crescimento da camada depositada na superfície das ligas estudadas. O ataque da matriz da liga 2 neste meio foi aparentemente mais lento do que sobre as demais ligas, com a formação de uma camada mais compacta de produtos de corrosão, estabelecendo um controle por difusão dos processos interfaciais para maiores períodos de ensaio. A camada formada sobre as demais ligas neste meio apresentou-se mais defeituosa, e nestas ocorreu também menor controle da velocidade das reações interfaciais por processos difusionais. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-02-03T12:06:00Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-02-03T12:06:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta a análise neutrônica do combustível a dispersão de UMo-Al em relação ao aumento da densidade de urânio e faz uma comparação com o combustível de U3Si2-Al. Neste estudo, a densidade de urânio do U3Si2-Al é variada de 3,0 à 5,5 gU/cm3 e a do UMo-Al entre 4,0 à 7,5 gU/cm3 e com a porcentagem em massa de molibdênio com 7 e 10 %. Neste trabalho também é proposta a aplicação de veneno queimável metálico no cerne do combustível de UMo-Al, uma vez que este combustível é metálico e é analisada a utilização de gadolínio (Gd) e európio (Eu) como veneno queimável. A utilização do Gd como veneno queimável foi analisada com o fator de multiplicação infinito (k∞) através do programa celular HRC desenvolvido pelo IPEN e composto pelos códigos HAMMERTECHNION para a analise de célula, ROLAIDS para o cálculo de auto blindagem dos actinídeos e CINDER-2 empregado para a fissão e transmutação dos actinídeos. O núcleo do reator simulado foi similar ao do RMB (Reator Multipropósito Brasileiro) composto por um arranjo de 5x5 posições com 23 elementos combustíveis e dois blocos de alumínio. Para o európio, foram utilizados os programas SERPENT e CITATION. Os cálculos de queima foram realizados considerando uma potência de 30 MW durante três ciclos do RMB de 97 dias. Os resultados obtidos mostram que a porcentagem em massa do molibdênio têm uma grande influência no comportamento neutrônico devido a seção de choque de absorção do molibdênio ser considerável. Portanto, foi escolhida a porcentagem de 7 % de Mo para os estudos com veneno queimável. Para o núcleo proposto, o európio mostrou-se melhor, pois apresenta uma queima mais gradual que o gadolínio. Foi realizada uma simulação com o programa SERPENT com adição de 6 % de silício, o que mostrou que a adição de Si não causa mudança significativa no ciclo de operação do reator. Para validação da metodologia de cálculo, foi elaborada uma especificação técnica e fabricadas 12 miniplacas combustíveis de UMo-Al sem veneno queimável. As miniplacas foram irradiadas no núcleo do reator IPEN/MB-01, em quatro configurações de núcleo, para obtenção da reatividade inserida. Os resultados simulados obtidos para a inserção de reatividade pelas miniplacas nos diversos núcleos analisados apresentaram alta concordância com os resultados experimentais. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O NbAl3 e algumas ligas intermetálicas do sistema Nb-Ni-AI foram sintetizadas por combustão a partir dos pós de seus elementos constituintes. O efeito de variáveis de processo, como o tamanho de partícula dos pós, a composição química, a pressão de compactação, o tratamento de desgaseificação e a taxa de aquecimento, foram investigados na síntese do NbAl3 na forma de pastilhas cilíndricas. A síntese de ligas do sistema Nb-Ni-AI foi realizada a partir de misturas com as composições Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI e Nb30Ni60AI. A microestrutura das amostras reagidas foi caracterizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e difração de raios-X (método de Rietveld). Foram obtidas pastilhas de NbAl3 com 98,5 % da densidade teórica, superior ao valor encontrado na literatura (95%), mediante o controle de variáveis de processo. Nas pastilhas contendo níquel, a combustão ocorreu nas pastilhas de todas as composições. Fases metaestáveis, presentes na microestrutura das pastilhas baitas de reação, foram transformadas após tratamento térmico, originando ligas trifásicas com diferentes concentrações de fases (NbAl3, NiAI e NbNiAI), conforme a composição inicial do compactado. Algumas propriedades mecânicas de amostras brutas de reação e tratadas termicamente foram determinadas pela técnica da impressão (microdureza e tenacidade). Os resultados obtidos são comparáveis aos da literatura, salvo algumas discrepâncias atribuídas a processos de fabricação distintos. As etapas de reação da síntese do NbAl3 e de ligas Nb-Ni-AI foram posteriormente investigadas mediante interrupção da reação durante sua propagação ao longo de barras paralelepipédicas compactadas. Verificou-se que a síntese do NbAl3 ocorre pela dissolução de nióbio no alumínio fundido, seguida da precipitação do NbAl3. Nas amostras contendo níquel, a síntese ocorre em dois estágios: no primeiro estágio formam-se o Ni2Al3 ou o NiAl3, em quantidades relativas dependentes da composição geral. As reações deste primeiro estágio podem disparar as reações do segundo estágio, referentes à síntese do NbAl3. / NbAl3 and Nb-Ni-AI intermetallic alloys have been obtained by pressureless combustion synthesis from elemental powders. The effects of process variables as powder particle size, composition, compaction pressure (green density), degassing treatment and heating rate on the combustion (thermal explosion mode) of NbAl3 cylindrical pellets were studied. Combustion synthesis of Nb-Ni-AI alloys was performed on powder mixtures with nominal compositions Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI and Nb30NI60AI. The microstructure of reacted samples was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS and X-ray diffraction (Rietveld method). It was shown that careful control of the processing conditions allowed near full (98,5%) dense pellets of NbAl3. In the nickel containing pellets, reaction occurred for all the compositions investigated. Metastable phases were seen to be present in the as reacted pellets, which were transformed after a heat treatment, producing a three phase alloy (NbAl3, NiAI and NbNiAI) with different phase concentrations, depending on the initial compact composition. Some mechanical properties, like microhardness and tenacity were measured by microidentation technique on the as reacted and heat-treated samples. The results are comparable with the literature, excepted for some discrepancies caused by different fabrication processes. The reaction sequence for both cases (NbAl3 and Nb-Ni-AI alloys) was further investigated by DSC analysis and also by interrupting the reaction during its propagation along compacted parallelopipedal bars. It was found that the NbAl3 synthesis occurs through niobium dissolution in molten aluminum and precipitation of NbAl3. In the nickel containing samples, synthesis occurs as two-stage reaction: Ni2Al3 or NiAl3 are formed in the first stage, with relative amounts depending on the general composition. This first stage reaction can trigger the second one, related to the formation of NbAl3.

Les exigences des clients du secteur aéronautique imposent aux entreprises de prendre en compte pour le dimensionnement les effets de la température sur toute la durée de vie du produit. Cependant, aucune loi ne permet actuellement de prévoir l’impact du vieillissement thermique sur le comportement des matériaux. Ce travail a pour objectif de comprendre le mécanisme de vieillissement thermique des alliages d’aluminium et son impact sur les propriétés mécaniques, mais surtout d’acquérir un outil performant capable d’obtenir rapidement des données matériaux après vieillissement.Au cours de cette étude, de nombreuses analyses microstructurales et mécaniques ont été réalisées sur trois alliages d’aluminium à durcissement structural. Différentes combinaisons temps-température de vieillissement ont été testées afin de disposer d’une large base de données sur ces matériaux (caractéristiques mécaniques statiques Rm, Rp0,2 et dureté et tailles des précipités durcissants). Ces données ont ensuite été compilées dans un modèle de vieillissement basé sur les théories classiques de durcissement structural, de croissance et de coalescence des précipités.Le modèle de vieillissement créé répond au besoin initial et prédit de façon conservative le comportement mécanique des alliages ayant subi un vieillissement thermique isotherme. Des axes d’amélioration sont envisagés pour ce modèle évolutif, comme l’intégration de la prévision du comportement en fatigue ainsi que le traitement de cas anisothermes pour une représentation plus réelle des conditions de service des pièces aéronautiques. / In aeronautics, customers ask companies to consider the effects of temperature over the entire life of the product in structural requirements. Indeed, aircraft parts are demanded to last longer (up to 90 000 hours) and operate at higher temperatures (up to 250°C). No laws enable to predict the impact of thermal ageing on materials behavior. Current practices are to perform mechanical testing after ageing in ovens at various temperatures, but they are expensive and incompatible with the development schedules. This work aims to understand the thermal aging mechanism of aluminum alloys and its impact on mechanical properties, but especially to acquire a powerful tool able to quickly obtain material data after aging.During this study, many microstructural and mechanical analyses were conducted on three precipitation hardened aluminum alloys. Different combinations of aging time and temperature were tested to get a large database of these materials (static mechanical characteristics Rm, Rp0,2 and hardness and sizes of hardening precipitates). These data were then compiled into a computing aging model based on the classical theories of precipitation hardening, growth and coarsening of precipitates.The created aging model responds to the initial need and can conservatively predict the mechanical behavior of aluminum alloys under isothermal aging. Improvement areas are considered for this evolutionary model, such as the integration of fatigue behavior prediction and the inclusion of thermal cycles for a more realistic representation of service conditions of aircraft parts.

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In this thesis, we present an experimental and numerical study of globularization during reheating of thixocast billet having non-dendritic microstructure. The process of reheating is an important step in the semisolid processing and is essential to control its microstructure and hence its mechanical properties. Material chosen for this study is Aluminum alloy, A356. The primary focus of this study is the heat treatment below eutectic temperature i.e. transformation in solid phase. It is found that during short duration heat treatment, globularization of primary α grains and spheroidization of eutectic Si flakes take place which improves the mechanical properties of semisolid cast products significantly. A prolonged heat treatment is found to degrade the properties of castings since it enhances the porosity and coarsening of Si. The study suggests that a precise heat treatment practice can be designed to improve the semisolid microstructure. A computational model based on Phase field approach has been proposed to study this phenomena. Predictions based on this model are qualitatively compared with corresponding experimental observations. Since eutectics form an important step in multiphase solidification, an attempt has been made to develop an enthalpy based explicit micro-scale model for eutectic solidification. In this preliminary study, growth of adjacent α and β phases in a two dimensional Eulerian framework has been simulated. The model is qualitatively validated with Jackson Hunt theory. Results show expected eutectic growth. This methodology promises significant saving in computational time compared to existing numerical models.

The diploma thesis is focused on the description and the verification of a relatively young creep age forming method. This method is based on a relaxation of stress and a creep of material, which occur by forming a part in the clamping tool during the artificial precipitation heat treatment at elevated temperature. After removing from the tool, the spring back and the residual stresses in the part are smaller compared to the conventional forming methods. This is mainly reflected in the increased fatigue resistance of the structure. The creep aging is only applicable to the precipitation heat treatable alloys. This thesis is focused on aluminium alloys, which are typical for the aerospace industry. The first part of the thesis describes principles of technology, its use in the aviation and material processes in the aluminium precipitation heat treatable alloys during the creep age forming. In the second part, there is a methodology of the verification of technology on samples made of the aluminium alloys ČSN EN AL-P 7075 and ČSN 424203 (approximate equivalent of ČSN EN AL-P 2024). Furthermore, a forming tool is designed, and experiments are performed according to the proposed methodology. At the end of the thesis, the experiments are evaluated and changes in the spring back of the samples are compared for three different methods of forming: the conventional cold clamping forming, the creep age forming and the creep age forming with an overaging.

The problematics of weldability of heterogeneous welds of aluminium and titanium alloys produced by electron beam welding is discussed in this work. Homogenous welds of selected alloys were analyzed in the first stage. Welding of these materials relates to formation of intermetallic phases at the interface of base materials due to differences in physical, chemical and metallurgical properties of base materials. One of the prerequisites for producing high quality weld joints is to find optimal process parameters. The influence of selected process parameters to integrity, structure and mechanical properties of heterogeneous Al/Ti joints is evaluated.