abstract: Aluminum alloys are ubiquitously used in almost all structural applications due to their high strength-to-weight ratio. Their superior mechanical performance can be attributed to complex dispersions of nanoscale intermetallic particles that precipitate out from the alloy’s solid solution and offer resistance to deformation. Although they have been extensively investigated in the last century, the traditional approaches employed in the past haven’t rendered an authoritative microstructural understanding in such materials. The effect of the precipitates’ inherent complex morphology and their three-dimensional (3D) spatial distribution on evolution and deformation behavior have often been precluded. In this study, for the first time, synchrotron-based hard X-ray nano-tomography has been implemented in Al-Cu alloys to measure growth kinetics of different nanoscale phases in 3D and reveal mechanistic insights behind some of the observed novel phase transformation reactions occurring at high temperatures. The experimental results were reconciled with coarsening models from the LSW theory to an unprecedented extent, thereby establishing a new paradigm for thermodynamic analysis of precipitate assemblies. By using a unique correlative approach, a non-destructive means of estimating precipitation-strengthening in such alloys has been introduced. Limitations of using existing mechanical strengthening models in such alloys have been discussed and a means to quantify individual contributions from different strengthening mechanisms has been established. The current rapid pace of technological progress necessitates the demand for more resilient and high-performance alloys. To achieve this, a thorough understanding of the relationships between material properties and its structure is indispensable. To establish this correlation and achieve desired properties from structural alloys, microstructural response to mechanical stimuli needs to be understood in three-dimensions (3D). To that effect, in situ tests were conducted at the synchrotron (Advanced Photon Source) using Transmission X-Ray Microscopy as well as in a scanning electron microscope (SEM) to study real-time damage evolution in such alloys. Findings of precipitate size-dependent transition in deformation behavior from these tests have inspired a novel resilient aluminum alloy design. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Materials Science and Engineering 2017

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elisa Helen Segundo.pdf: 2687612 bytes, checksum: 6c62d65f21f65fada528f195248a863d (MD5) Previous issue date: 2015-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, the heat treatment of solubilization and artificial aging effects (T6) on the microstructure of 356 alloys (Al7Si0,3Mg) with different magnesium content were investigated. The characterization was performed using microhardness tests and techniques of optical and electron microscopy. Samples of the casting alloy 356 with different percentages by weight (0.28%, 0.38% and 1% Mg) were solubilized for 10h at 540 ° C and subjected to different temperatures and times of artificial aging. The results of the microhardness test showed that the increase in mechanical properties is associated with increasing aging temperature and a sharp decrease in these values in samples exposed to higher temperatures (215 ° C). In order to identify the microstructural changes associated with these changes in mechanical properties and to identify the mechanisms involved, were carried out of the analyzed by optical microscopy, scanning eléctron (SEM) and transmission electronic (TEM). With the use of optical microscopy and SEM was possible to visualize significant changes in the microstructure, however the microstructural phenomena responsible by precipitation hardening were only detected using TEM. The use of transmission electron microscopy allowed to observe the presence of nano precipitated responsible for the occurrence of precipitation hardening and the incoherent precipitates with matrix indicate the condition of overaging / Neste trabalho, foram investigados os efeitos dos tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial (T6) sobre a microestrutura de ligas da família 356 (Al7Si0,3Mg) com diferentes teores de magnésio. Para caracterização dos resultados foram utilizados ensaios de microdureza e técnicas de microscopia ótica e eletrônica. Amostras fundidas da liga 356.0 com diferentes percentuais em peso (0,28%, 0,38% e 1% Mg) foram solubilizadas durante 10h a 540°C e submetidas a diferentes tempos e temperaturas de envelhecimento artificial. Os resultados dos ensaios de microdureza mostraram a ocorrência de incrementos nesta propriedade com o aumento de temperatura de envelhecimento e uma brusca queda nestes valores em amostras expostas a temperaturas mais elevadas (215°C). Com o intuito de identificar as alterações microestruturais associadas com estas variações nas propriedades mecânicas, bem como identificar os mecanismos envolvidos, foram realizadas analisadas via microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV) e eletrônica de transmissão (MET). Com o uso de MO e MEV foi possível visualizar alterações significativas na microestrutura, no entanto os fenômenos microestruturais responsáveis pelo endurecimento por precipitação somente foram detectados usando MET. A utilização de microscopia eletrônica de transmissão permitiu observar a presença de nano precipitados responsáveis pela ocorrência de endurecimento por precipitação bem como dos precipitados incoerentes com a matriz que indicam a condição de superenvelhecimento.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elementos pre-textuais.pdf: 67551 bytes, checksum: e2f4918c24aa245b8e48c363968398b9 (MD5) Previous issue date: 2006-10-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / It is well known that the element copper, even with an impurity level less than 0,3% modifies substancially the susceptibility to intergranular corrosion in alloys of commercial denomination 356 (nominal composition Al7Si0,3Mg). This paper aims to evaluate the influence of variations in the content of the element copper and the effect of thermal treatment of solubilization on the tendency to intergranular corrosion in samples of alloys of commercial denomination 356 and the Al-Cu system alloys melted in permanent moulds. The alloys were produced using an induction electric oven and involving contents of the element copper as impurity as well as alloy element. Samples were evaluated in fusion and heat treatment conditions utilizing six hours of heating in temperatures of approximately 540 ± 10ºC, and then a fast cooling in water so that the solid solution obtained be maintained in room temperature. The resistance to corrosion was evaluated by the decrease of mass after the samples were subjected to intergranular corrosion tests carried out according to the ASTM G110-92 norm. The results obtained indicate a strong influence of the element copper on the increase of the tendency to corrosion in the investigated alloys, and alterations in this behavior in the comparisons between the fusion and the solubilized conditions. / Trabalhos anteriores mostraram que o elemento cobre, mesmo num teor de impureza (menos de 0,3%Cu), altera substancialmente a suscetibilidade à corrosão intergranular nas ligas de denominação comercial 356 (composição nominal Al7Si0,3Mg). Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência de variações nos teores do elemento cobre e o efeito do tratamento térmico de solubilização sobre a tendência à corrosão intergranular em amostras das ligas de denominação comercial 356 e das ligas do sistema Al-Cu fundidas em moldes permanentes. As ligas foram fabricadas usando forno elétrico à indução e envolvendo teores do elemento cobre tanto como impureza quanto como elemento de liga. Foram avaliadas amostras na condição bruta de fusão e solubilizadas utilizando seis horas de aquecimento, após a passagem deste período numa temperatura aproximada de 540 ± 10ºC, um resfriamento rápido em água foi feito para manter na temperatura ambiente, a solução sólida obtida à alta temperatura. A resistência à corrosão foi avaliada através da perda em massa após as amostras terem sido submetidas a ensaios de corrosão intergranular realizados de acordo com a norma ASTM G110-92. Os resultados obtidos indicam uma forte influência do elemento cobre sobre o aumento da tendência à corrosão nas ligas investigadas, e alterações nesse comportamento nas comparações entre as condições brutas de fusão e solubilizadas.

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

Nas últimas décadas a soldagem em estado sólido vem se demonstrando como uma ótima alternativa perante os métodos tradicionais de união, os quais envolvem fusão dos materiais. O presente trabalho avalia a aplicação de um novo processo de união em estado sólido, a soldagem híbrida por difusão através de fricção (Hybrid Friction Diffusion Bonding - HFDB). O HFDB pode ser utilizado na união entre chapas finas ou também de chapas finas em substratos de materiais similares ou dissimilares. Através de calor e pressão os mecanismos de difusão são ativados gerando a união entre os materiais. Uma variante do processo de HFDB padrão pode ser utilizada para a fabricação das uniões de tubos e flanges-tubo de trocadores de calor de tubo espiral produzidos em alumínio. Utilizando como materiais duas ligas de alumínio dissimilares da série 5XXX, as amostras foram soldadas e caracterizadas. Visando a aplicação industrial do HFDB, o processo foi desenvolvido e sua viabilidade foi avaliada através de testes de estanqueidade, resistência à tração e análise metalográfica. Em seguida, visou-se a otimização dos parâmetros de soldagem (rotação, força axial e tempo de processo). Através de técnicas estatísticas de projeto de experimentos (DoE) os três fatores foram avaliados por meios de ensaios de tração para maximizar a resposta, limite de resistência. Investigações posteriores relacionadas aos mecanismos de união foram realizadas por meio da medição dos parâmetros de resposta, análise em microscópio ótico, aquisição de temperatura, espectroscopia de energia dispersiva de raios-x (EDX) e análise em elementos finitos (FEA). A primeira e mais importante premissa, a produção de soldas livres de vazamento, foi atingida. Em seguida, através da análise de uma equação de regressão e gráficos de superfície o conjunto de parâmetros otimizado – 1500 min-1 de rotação, 3 kN de força axial e 30 segundos de tempo de processo - atingiu resultados equivalentes a 95% de resistência quando comparados ao material base. O presente trabalho mostra que o processo de HFDB é promissor para aplicações industriais e indica vantagens perante os métodos tradicionais de união utilizados hoje na fabricação de trocadores de calor de alumínio. / In past few decades solid state welding has been demonstrating to be a great alternative compared to the traditional joining methods, which involve melting of the materials. This study evaluates the application of a new soliid state joining process called Hybrid Friction Diffusion Bonding (HFDB). The HFDB can be used to join thin plates or thin plates on substrates of similar or dissimilar materials. Through heat and pressure diffusion mechanisms are activated generating the bonding between the materials. A variant of the standard HFDB process can be used to manufacture tubes and tube-sheets of Coil-Wound Heat Exchangers made of aluminum. Using two dissimilar aluminum alloys from the 5XXX series, the samples were welded and characterized. Intending an industrial application of the HFDB, the process was developed and its feasibility was assessed by leak tightness tests, tensile strength tests and metallographic analysis. Subsequently, it was aimed to optimize the welding parameters (speed, axial force and process time). Through statistical analysis of design of experiments (DoE), the three factors were evaluated by tensile tests to maximize the response, ultimate tensile stress. Further investigation related to bonding mechanisms were carried out by measuring the response parameters, optical microscope analysis, temperature acquisition, energy dispersive x-ray spectroscopy (EDX) and finite element analysis (FEA). The first and most important target, the production of leakage free welds was achieved. Then, through the analysis of a regression equation and surface plots, the optimized parameter set – 1500 min-1 of rotational speed, 3kN of Axial force and 30 seconds of process time - achieved 95% of resistance when compared to the base material. This study shows that the HFDB process is very promising for industrial applications and indicates advantages compared to the traditional joining methods used today to manufacture aluminum heat exchangers.

As ligas de alumínio AA2024 e AA7050 tradicionalmente são utilizadas na fabricação de estruturas da fuselagem e da asa de aeronaves. Normalmente, a união dos componentes dessas estruturas é realizada por rebites, já que processos de soldagem com fusão produziriam defeitos indesejáveis. O processo de soldagem por fricção linear com mistura ou Friction Stir Welding (FSW) é uma alternativa à união de chapas de ligas de alumínio por rebites haja vista que não há fusão do material durante a união. No presente trabalho estudou-se o comportamento eletroquímico e a caracterização microestrutural de uma junta sobreposta, composta por um perfil extrudado da liga AA7050-T76511 e uma chapa da liga AA2024-T3, ambos previamente anodizados, soldada por fricção linear com mistura. O comportamento eletroquímico foi avaliado através da utilização da Técnica de Varredura com Eletrodo Vibratório (SVET), medidas do potencial de corrosão e curvas de voltametria cíclica em solução de 0,1 M de NaCl. Correntes anódicas mais intensas foram medidas na região da solda e ainda verificou-se que esta possui menores potenciais de pite e corrosão do que ambas as ligas. Também foi constatada a presença de corrosão intercristalina em ambas as ligas e na região da solda, porém com maior severidade na liga AA2024-T3. / AA2024 and AA7050 aluminum alloys are traditionally used in the manufacture of fuselage structures and aircrafts wings. Usually, the component union of these structures is made using rivets since weld process with melting will produce unwanted defects. The Friction Stir Welding (FSW) process is an alternative way to replace the traditional rivet union of aluminum alloys in the aeronautical and aerospace industries since the material does not melt during the joint. In the present work it has been studied the electrochemical behavior and microstructural characterization of a lap joint composed of an extruded profile of AA7050-T76511 alloy and a sheet of AA2024-T3 alloy, both of them previously anodized and jointed by friction stir welding. The electrochemical behavior was evaluated by means of Scanning Vibrating Electrode Technique (SVET), measurements of the corrosion potential and cyclic voltammetry in 0,1 M NaCl. Higher anodic currents were found in the weld region, moreover this region has the lowest pit and corrosion potential. Intercrystalline corrosion was found in both alloys and in the weld region, with the highest intensity in the AA2024-T3 alloy.

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:47:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_D.pdf: 6361935 bytes, checksum: 1ab5747a6494bb2184c779b77424407e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da liga / Abstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increased / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T06:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_M.pdf: 16218050 bytes, checksum: 1cc723921f7b1426050c06e4bcedea4d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: No presente trabalho, é realizada uma seqüência de experimentos com ligas hipoeutéticas de AIlSi para analisar a solidificação unidirecional horizontal em condições transitórias de fluxo de calor. Abordagens teóricas e experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resfriamento à frente das isotermas liquidus e tempos locais de solidificação. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos interdendríticos em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto da liga. Esses parâmetros dendríticos experimentais, referentes à solidificação das ligas AI 5 e 9 % Si, são comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura. Os resultados experimentais obtidos através de ensaios mecânicos são correlacionados com. a microestrutura dendrítica, estabelecendo-se leis experimentais / Abstract: Experiments were conducted to analyze the horizontal unsteady state directional solidification of hypoeutectic AI-Si alloys. A combined theoretical and experimental approach was developed to quantitatively determine solidification thermal variables such as: transient metal/mold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidification time. The work also focused on the dependence of dendrite arm spacings on the solidification thermal variables and on alloy solute content. The experimental data concerning the solidification of AI 5 and 9 wt % Si alloys were compared to the main predictive dendritic models in the literature. Experimental laws were set correlating experimental data obtained from mechanical tests and the dendritic microstructure / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica