Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-08-30T13:26:19Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Paula Viana Queiroz Andrade - 2017.pdf: 2686282 bytes, checksum: d828cc8979cf594c108b844e7b806230 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-15T13:36:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Paula Viana Queiroz Andrade - 2017.pdf: 2686282 bytes, checksum: d828cc8979cf594c108b844e7b806230 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T13:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Paula Viana Queiroz Andrade - 2017.pdf: 2686282 bytes, checksum: d828cc8979cf594c108b844e7b806230 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work deals with analysis of the microstructures composed of metal matrix composites (MMC) and its application in Structural Engineering. The main goal of this essay is considered the potentialities and limitations when using the modeling activity suggested. For this, it is intended to consider the dissipative processes of plastification, occurring in the matrix, and phase debonding, that occurs in the matrix/inclusion interface region, where the influence of such processes on the macroscopic response of the material will be investigated. Initially, the applicability of this material in the various Engineering areas is described. For the numerical simulations of the MMC structural behavior, the von Mises model is used in the modeling of the matrix and a cohesive fracture model is used in the simulation of the phase debonding process. Inclusion is considered elastic with great rigidity. However, the dissipative processes that occur in the microstructure and that affect the macro mechanical behavior of the material are analyzed through a microscale modeling using a homogenization process based on the concept of Representative Volume Element (RVE) and the Finite Element Method (FEM). The strain and deformation are volumetric means of the respective microscopic fields on the EVR. The general objective is to verify through numerical analysis the potentialities and limitations of the use of the proposed modeling for future applications of metallic matrix composites in engineering, which shows a good representativeness of the mechanical behavior of the CMM. / Este trabalho trata de uma contribuição sobre a análise da microestrutura de materiais compósitos com matriz metálica (CMM) e sua aplicação na Engenharia Estrutural. O objetivo geral é verificar as potencialidades e limitações do emprego da modelagem proposta. Para isso, consideram-se os processos dissipativos de plastificação, que ocorre na matriz, e de descolamento, que ocorre na região de interface matriz/inclusão, onde a influência de tais processos na resposta macroscópica do material será investigada. Inicialmente, a aplicabilidade deste material nas diversas áreas de Engenharia é descrita. Para as simulações numéricas do comportamento estrutural de CMM, o modelo de von Mises é utilizado na modelagem da matriz assim como um modelo de fratura coesiva na simulação do processo de descolamento na interface. A inclusão é considerada elástica com grande rigidez. Contudo, os processos dissipativos que ocorrem na microestrutura e que repercutem no comportamento macromecânico do material são analisados através de uma modelagem na microescala utilizando um processo de homogeneização baseada no conceito de Elemento de Volume Representativo (EVR) e no Método dos Elementos Finitos (MEF). A tensão e deformação são médias volumétricas dos respectivos campos microscópicos sobre o EVR. Por fim, as análises numéricas apresentadas com o emprego da modelagem proposta evidenciam sua boa representatividade do comportamento mecânico do CMM contribuindo para futuras aplicações de compósitos de matriz metálica na engenharia.

Compósitos de matriz metálica combinam diferentes classes de materiais a fim de obter novas propriedades, superiores às dos materiais originais. A adição de partículas cerâmicas (reforço) em ligas de cobre pode melhorar suas propriedades mecânicas sem gerar grande perda na condutividade elétrica. Este trabalho teve como objetivo processar e estudar a microestrutura e propriedades (condutividade elétrica, dureza e fratura) de compósitos à base de cobre reforçados com alumina e céria. As amostras foram processadas pela técnica de metalurgia do pó: pesagem, mistura (sem bolas por 30min a 46 rpm), compactação (uniaxial à frio com pressão de 1080 Mpa por 10s) e sinterização (800°C por 6h sob vácuo de 10-5 torr). As análises de MO, MEV, EDS e DRX (com refinamento Rietveld) indicaram boa coalescência das partículas, formando superfície continua e com baixa porosidade. A alumina formou regiões aglomeradas da ordem de 20 μm, a céria ficou finamente dispersa nos contornos de grão do cobre com algumas regiões aglomeradas, o cromo formou regiões de cerca de 100 μm e não teve distribuição completamente uniforme ao longo da matriz, a prata formou solução sólida com o cobre e, durante o resfriamento lento, formou precipitados menores do que 5 μm uniformemente dispersos no interior dos grãos de cobre. Os compósitos apresentaram condutividade elétrica entre 15 e 40 %IACS, dureza entre 62 e 88 HV5 e as fractografias apresentaram fratura mista e regiões indicando boa adesão matriz-reforço. Em relação ao cobre puro, foi observado efetivo aumento na dureza (cerca de 2x), porém, em todos os compósitos, o acréscimo da fase cerâmica acarretou na diminuição da condutividade elétrica. Os compósitos de Cu-8%(Al2O3, CeO2) foram os que apresentaram melhor equilíbrio entre essas duas propriedades, com condutividade de 40 e 38 %IACS e dureza de 63 e 69 HV5. / Metal matrix composites combine different classes of materials to obtain new properties, superior to those of the original materials. The addition of ceramic particles (reinforcement) in copper alloys could improve their mechanical properties without generating great loss in electrical conductivity. The aim of this work was to process and study the microstructure and properties (electrical conductivity, hardness and fracture) of copper-based composites reinforced with alumina and ceria. The samples were processed by the powder metallurgy technique: weighing, blending (no balls for 30 min at 46 rpm), compaction (cold uniaxial at 1080 MPa for 10s) and sintering (800°C for 6 h under vacuum of 10-5 torr). Analysis of OM, SEM, EDS and XRD (with Rietveld refinement) indicated good coalescence of the particles, forming continuous surface with low porosity. The alumina formed agglomerated regions with approximately 20 μm, the ceria was finely dispersed in the grain boundary of the copper with some agglomerated regions, the chromium formed regions of about 100 μm and have a non-uniform distribution throughout the matrix, the silver formed solid solution with copper and, during slow cooling, formed precipitates smaller than 5 μm, uniformly dispersed inside the copper grains. The composites presented electrical conductivity between 15 and 40 %IACS, hardness between 62 and 88 HV5 and the fractographs presented mixed fracture and regions indicating good matrix-reinforcement adhesion. In relation to pure copper, it was observed an increase in hardness (about 2x), however, in all the composites, the increase of the ceramic content led to a decrease in the electrical conductivity. The Cu-8%(Al2O3, CeO2) composites showed the best balance between these two properties, with conductivity of 40 and 38 %IACS and hardness of 63 and 69 HV5.