O processo de união entre ligas de alumínio e aços é complexo, devido às suas diferentes propriedades físicas e mecânicas, bem como pela formação de grande quantidade de compostos intermetálicos frágeis, o que dificulta a realização deste tipo de união pelos métodos convencionais de fusão. O processo de Soldagem a Ponto por Fricção (Friction Spot Welding - FSpW) é destinado à soldagem de juntas sobrepostas, adequado para união de materiais leves, e.g. ligas de alumínio e de magnésio para aplicações estruturais. A gama de componentes e materiais para os quais o FSpW pode ser aplicado está em contínua expansão, garantindo ao processo potencial para se tornar uma tecnologia industrial significativa. Por ser um processo que ocorre em estado sólido, apresenta algumas vantagens em relação aos métodos convencionais de fusão. O baixo aporte térmico associado a essas técnicas de soldagem exibe grande potencial para reduzir ou até mesmo inibir a formação da camada de compostos intermetálicos, sendo, portanto potencialmente indicado para união de materiais dissimilares. Neste trabalho foi feito um estudo da viabilidade da soldagem dissimilar entre as ligas de Alumínio AA5454-H22 e aço automotivo HX340-LAD-Z através do processo FSpW. As juntas soldadas foram analisadas mecânica e metalurgicamente, tendo como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de processo na microestrutura, na geometria e no desempenho mecânico da junta, além de buscar a otimização do processo para os materiais em estudo. A relação entre a qualidade da junta e os parâmetros do FSpW foi estudada utilizando o Método Taguchi, por meio do estudo do comportamento das soldas sob solicitação monotônica de cisalhamento. Os resultados obtidos demonstram que soldas de boa qualidade e reprodutibilidade podem ser produzidas com este processo. Contudo, a presença de um filme intermetálico composto por fases ricas em Al, tais como Fe2Al5 e FeAl3, na interfaces das soldas, afeta significativamente o comportamento em fratura das juntas e, consequentemente, seu desempenho mecânico. / The joining process of aluminium and steel is very complex in view of the differences between their physical and mechanical properties, as well as the formation of great amounts of brittle intermetallic compounds at the joint interface, which make it difficult to join those materials using conventional fusion welding techniques. Friction Spot Welding (FSpW) is a suitable joining process, which produces high quality overlap joints of lightweight materials, e.g., aluminium and magnesium alloys for structural applications. The range of components and materials for which FSpW can be used is continuously expanding, ensuring great potential to the process, which became nowadays a significant industrial technology. As a solid state joining process FSpW offers some advantages relative to conventional fusion welding techniques. The low heat input involved in this process has great potential to reduce, or even to inhibit, the formation of the intermetallic layer, making it, therefore, suitable to join dissimilar materials. In this work a study of feasibility of dissimilar FSpW between the aluminium alloy 5454-H22 and the automotive steel HX340LAD-Z was performed. The welded joints were assessed mechanically and metallurgically aiming evaluate the process parameter effects on the microstructure, geometry and mechanical performance of the joint, besides searching the process optimization for the materials in question. The relationship between the joint quality and the FSpW process parameters was analysed using Taguchi’s Method, studying the behaviour of the joint under shear load. The results revealed that sound welds between AA5454-H22 and HX340LAD-Z with high strength and reproducibility can be produced with using this process. It was found that the presence of an intermetallic film compounded by Al-rich phases, such as Fe2Al5 and FeAl3, at the joint interface, plays a fundamental role on the fracture behaviour of the joints and thus, and on its mechanical behaviour.

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T09:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_TonnyfranXavierdeAraujo_M.pdf: 6216112 bytes, checksum: 8c56f86b7dd957a9bef95dc947db6ed6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo do trabalho é o desenvolvimento de uma análise comparativa do processo de solidificação de uma liga de alumínio a partir de diferentes graus de superaquecimento. São determinados experimentalmente os principais parâmetros do processo de solidificação afetados pelo grau de superaquecimento e sua influência na formação da microestrutura. Foi escolhida a liga AA5052, contendo cerca de 3% de magnésio pelo seu interesse comercial. A liga foi vazada com três diferentes graus de superaquecimento, em um dispositivo que permite a solidificação unidirecional e o monitoramento, através de um sistema de aquisição de dados, das variações de temperatura em diferentes posições da peça. A partir dos resultados de temperatura são determinados outros parâmetros do processo. Os espaçamentos interdendriticos são determinados a partir das micrografias. Através da análise experimental é determinada a influência do grau de superaquecimento nos seguintes parâmetros relativos ao processo de solidificação: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de avanço da frente de solidificação, gradiente de temperatura em frente à isoterma liquidus, taxa de resfriamento, tempo local de solidificação e espaçamentos interdendriticos primário e secundário. Também é analisada a transição entre a estrutura colunar e equiaxial / Abstract: The objective of this work is the development of a comparative analysis of solidification process of the aluminum 5052 alloy with different overheating ranges. The main parameters of the solidification process, experimentally determined, are affected by the overheating range and its influence on the microstructure arrangement. lt was selected the 5052 alloy, containing about 3% of magnesium, used for commercial purposes. The al1oy was poured with three different overheating ranges in a device which allows the unidirectional solidification and its monitoring through an acquisition data system thru the temperature variation from different positions on the sample. From the temperature results, the process parameters are determined. The dendritic spacing is determined using the micrographs. Through experimental analysis is established the influence of the overheating range at the fol1owing parameters related to solidification process: heat transfer coefficient at the metal/mold interface, solidification rate, thermal gradient at the liquidus isotherm, cooling rate, local solidification time and secondary arm spacing. The change between the structure columnar and equiaxed is also studied. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T22:29:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mussi_RenatoGalvaodaSilveira_M.pdf: 12090669 bytes, checksum: 0acda898e939dc7ae284bc0c78a4ffd6 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Estuda-se o processo de compofundição analisando-se parâmetros como tamanho e quantidade de reforço, assim como presença de refinador e Mg na matriz metálica na qualidade dos compósitos obtidos. Procura-se com isso, a padronização dos efeitos desses parâmetros na qualidade do produto, otimizando, assim, o controle de tal processo. Para isso, utilizou-se o método de compofundição com agitação mecânica. Produziram-se compósitos de matriz AA356 (Al-7%Si) pura, com refinador e com Mg reforçada com partículas de carboneto de silício com granulometrias de 5 e 30 mm; e em quantidade de 5, 15 e 30 % em volume. As microestruturas indicam a presença de uma fase primária de alumínio globular cercada pela fase secundária de silício com o reforço distribuído homogeneamente nesta última. As partículas maiores incorporaram-se em maior quantidade à matriz e produziram uma estrutura mais refinada, assim como no caso da porcentagem de 15% em volume. Conclui-se que particulados mais finos sofrem maior efeito de macrossegregação pela frente de solidificação, além de sofrerem maior aglomeração. Proporções de 15% de reforço adicionados à matriz provocam um maior engrossamento da microestrutura e boa homogeneidade do reforço na matriz / Abstract: The work looks into the process of composites production with AA356 alloy (AI-7%Si) matrix reinforced with SiC particulate, by introduction of reinforcement particles in a matrix at rheocasted semi-solid state, in a compocasting process by mechanical stirring of liquid metal during solidification. The process parameters analysed are: dimension of SiC powder (median dimension of 6 and 30 mm), quantity of added reinforcement (5, 15 and 30 % in volume), addition of grain refiner and 1% Mg into matrix alloy; and the influence they bring to the quality of produced composites. So, microstructures are analysed in relation to average size of globular primary phase and to dispersion of reinforcement particles through the matrix. All of the produced microstructures show an Al-a primary phase with globular morphology, typical in rheocasted products, with euthetic phase and SiC particles locateded at interglobular region. The results show a tendency to agglomeration of thinner particles during. introduction process, making them difficult to incorporate and to disperse through the matrix; great quantities of SiC are not incorporated into rheocasted slurries with refined globules; addition of Mg improves, even if it is not so noticeable, the possibility of reinforcement incorporation; addition of grain refiner decreases incorporation of bigger particles. Best results are obtained to the condition where 15 % vol. of 30 mm SiC were added to a matrix with presence of grain refiner. Evaluation of mechanical properties under traction conditions shows the decreasing of properties due to agglomerations of reinforcement particles / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores : Maria Helena Robert, Jose Manuel Torralba / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T19:17:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fogagnolo_JoaoBatista_D.pdf: 26362504 bytes, checksum: bdeb56ba4f8773398f497b66e098dec7 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: o processo de moagem de alta energia submete as partículas do pó à sucessivos processos de deformação, soldagem e fratura, utilizando-se para tal um moinho de bolas de alta energia. Este trabalho estuda o processo de fabricação de materiais compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçados com S~N4, A1N e ZrB2, através da moagem de alta energia, compactação e extrusão. Os resultados obtidos permitem relacionar as distintas etapas do processo de moagem de alta energia com as características dos pós produzidos: sua morfologia, densidade aparente, compactabilidade e extrudabilidade. Inicialmente, devido à esfericidade das partículas da liga metálica, a densidade aparente e a extrudabilidade são altas e a compactabilidade é baixa. Após início do processo de moagem, quando predomina a deformação, partículas esféricas se transformam em partículas laminares, diminuindo a densidade aparente e a extrudabilidade e aumentando a compactabilidade. Após um tempo mais longo de processo, quando passa a predominar a fratura, as partículas passam a apresentar morfologia equiaxial, aumentando a densidade aparente e extrudabilidade e diminuindo a compactabilidade. Observa-se que a presença de partículas de reforço acelera o processo, do ponto de vista morfológico e microestrutural, aumentando a deformação produzida na matriz metálica durante a moagem, favorecendo tanto a soldagem quanto a fratura das partículas; entre os tipos de reforços analisados, o S~N 4 é o que mais acelera o processo. O processo de moagem de alta energia confere, após extrusão, aumentos em tomo a 100 % no limite de resistência à tração e na dureza da liga metálica sem reforço e dos compósitos, devido à microestrutura extremamente refinada produzida, com uma fina e homogênea dispersão de óxido e carboneto de alumínio, à diminuição do tamanho e ao arredondamento das partículas de reforço / Abstract: a high-energy ball milling. This work investigates the use of this technique to produce aluminium AA6061 matrix composite reinforced with S~N4, AlN e Zr~. The results correlate the stages of mechanical alloying with the powder characteristics: its morphology, apparent density, compatibility and extrudability. First, due to the spherical morphology of as received aluminium powder, the apparent density and the extrudability are high and the compatibility is low. After short times of milling, the powder morphology changes to a flattened one, due to the predominance of deformation, decreasing the apparent density and extrudability and an increasing of the compatibility. After longer milling times, the powder morphology chan~s to an equiaxial one, due to the predominance of fracture, increasing the apparent density and extrudability and decreasing the compatibility. The presence of brittle particles of reinforcements accelerate the process, from the morphological and microestrutural point of view, increasing the matrix deformation, enhancing the welding and the fracture of particles; for the analysed reinforcements, the silicon nitride provide the most expressive acceleration. The mechanical alloying provides of about 100 % in the ultimate tensile strength and hardness, due to the refined microstructure produced, with a homogeneous distribution of aluminium oxides and carbides, the decreasing of particle size and rounding particle shape of the reinforcements / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

O objetivo deste trabalho foi determinar a influência do ferro e do manganês em uma liga de alumínio com 9% de silício (% em peso). Para isto, foram elaboradas duas famílias de liga Al-9%Si: uma com os teores de 0,1%, 0,4%, 0,8% e 1,2% de Fe e uma segunda liga de Al-9%Si-0,8%Fe com teores de 0,1%, 0,4% e 0,7% de Mn. Para a realização deste estudo, foram produzidos corpos de prova de tração fundidos em coquilha, segundo a norma ASTM B108. Os corpos de prova obtidos foram tracionados para avaliação das propriedades mecânicas, em seguida, foram submetidos a uma análise microestrutural por microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). As superfícies de fratura dos corpos de prova tracionados foram também observadas por MEV com a finalidade de comparar o efeito das adições de Fe e Mn. O efeito da adição crescente de Fe na liga Al-9%Si foi observado no ensaio de tração que mostrou queda tanto nos limites de resistência e de escoamento como no alongamento, decorrentes da formação da fase β-Al5FeSi que apresentou morfologia em plaquetas, interrompendo a continuidade da matriz de alumínio. Para teores abaixo de 0,4% de Fe, ocorreu um ligeiro aumento da resistência mecânica que pode ser atribuído à formação da fase α-Al8Fe2Si, que apresentou morfologia tipo escrita chinesa, que não interrompe a continuidade da matriz. Com adição de teores crescentes de Mn na liga Al-9%Si-0,8%Fe ocorreu uma elevação do limite de resistência e do alongamento, mas uma queda do limite de escoamento, quando comparados com a mesma liga sem adição de Mn. Conclui-se que esse comportamento pode ser atribuído a mudança de morfologia do intermetálico de plaquetas para escrita chinesa que intercala a matriz dúctil com a fase frágil, devido a adição do Mn. / This study aims to determine the influence of iron and manganese in an aluminum alloy with 9% silicon (% by weight). Were prepared two families of alloy Al-9%Si: one with the content of 0.1%, 0.4%, 0.8% and 1.2% Fe and a second alloy of Al-9% Si-0,8%Fe content of 0.1%, 0.4% and 0.7% Mn. For this study, tensile specimens were produced in permanent mold casting according to ASTM B108. The specimens obtained were pulled for quantitative evaluation of the mechanical properties and were subjected to a qualitative metallographic evaluation. Qualitative analysis of the bodies of tensile fracture test was conducted in order to compare the effect of additions of Fe and Mn. The effect of incremental addition of Fe in the alloy Al-9% Si was observed in the tensile test that showed a decrease in both the tensile and elongation flow as resulting from the formation of β-Al5FeSi phase platelet morphology showed that interrupting the continuity of aluminum matrix. To levels below 0.4% Fe, there was a slight increase in strength can be attributed to the formation of α-Al8Fe2Si phase morphology presented in chinese script that does not interrupt the continuity of the matrix. With addition of increasing concentrations of Mn in the alloy Al-9% Si-0, 8% Fe was an increase in the tensile strength and elongation but fall of yield stress when compared to the same alloy without Mn addition. We conclude that this behavior can be attributed to a change in morphology of the intermetallic platelets to chinese writing interspersing the ductile matrix with brittle phase due to the addition of Mn.

O objetivo deste trabalho foi o de otimizar a adição de estrôncio em liga A356 visando obter as melhores propriedades mecânicas de ductilidade. Foram estudados diferentes níveis de adição de estrôncio em ligas A356 com dois níveis de fósforo residual. Além disto, foi estudado o efeito de adições crescentes de magnésio na morfologia do silício em liga Al-7%Si modificada. Para a realização deste estudo, foram produzidos corpos de prova de tração segundo ASTM B108 com velocidade de resfriamento de 8°C/s. Os corpos de prova foram endurecidos por precipitação via tratamento térmico e tracionados. Além de uma avaliação quantitativa das propriedades mecânicas, amostras de todas as condições passaram por uma avaliação metalográfica qualitativa. Foi feito também ataque profundo para observação das morfologias das partículas de silício em microscópio eletrônico. O efeito da adição crescente de estrôncio na liga A356 em um intervalo de 0 a 256 ppm de estrôncio foi o de aumento do alongamento até teores de 50 a 60 ppm, seguido de uma diminuição do mesmo até 256 ppm. O teste de adição crescente de estrôncio foi repetido para uma liga A356 com teor residual de fósforo de aproximadamente 10 ppm. A curva de alongamento segue o mesmo formato da curva levantada para amostras que não continham fósforo, embora tenha sido encontrada uma sensível queda nos valores de alongamento na presença de fósforo. A presença de magnésio em ligas Al-Si modificadas por estrôncio foi responsável por uma mudança na morfologia de crescimento das partículas de silício nas regiões de contornos de células eutéticas, além do aparecimento de partículas intermetálicas nesta mesma região. Deste trabalho, concluiu-se que as melhores propriedades mecânicas de ductilidade foram obtidas para a adição de estrôncio de 50 a 60 ppm. / This work has, as its main objective, the optimization of the strontium addition in A356 alloy, in order to obtain the best ductility results. The addition of several different strontium amounts in alloys containing two phosphorous amounts was studied. Besides, the effect of increasing magnesium content on the morphology of the silicon particles of Al-7%Si modified alloy was also studied. Test bars were produced from ASTM B108 cooled at a rate of 8°C/s. The samples were heat treated and then tested. The mechanical properties were evaluated and the microstructures were analyzed. The silicon morphology was observed in deep etched samples at SEM. Strontium additions of 0 to 256 ppm increased the elongation up to 50-60 ppm. Above 75 ppm, the addition of strontium caused the elongation to decrease up to 256 ppm. The same test was reproduced for an alloy containing approximately 10 ppm P and, although the best results were achieved at strontium additions of 50-60 ppm, the elongation results were clearly lower. The presence of magnesium in Al-7%Si modified alloys was responsible for a change in the growth morphology of the silicon particles, especially near grain boundaries, and also for the formation of intermetallic particles in those areas. From this work, it was possible to conclude that the best ductility properties are achieved for strontium additions of 50-60 ppm.

A cinética da transformação de fase UAl3 + Al → UAl4 foi estudada em duas ligas Al-U, com 31,4 % e 33,4 % U em peso respectivamente, através de metalografia quantitativa. Os resultados mostraram que esta transformação é um processo de nucleação e crescimento termicamente ativado, com a nucleação ocorrendo heterogeneamente nas interfaces UAl3/AI(∞) e o crescimento sendo controlado por difusão em volume. A energia de ativação empírica do processo foi determinada, cujo valor médio é da ordem de 54,8 kcal/mol. Foi verificado que a cinética de crescimento da fase UAl4 obedece uma lei parabólica. As interfaces UAl4/ UAl3 e UAl4/Al(∞) migram em direções opostas, sendo que a velocidade da interface UAl4/ UAl3 é aproximadamente cinco vezes maior que aquela da interface UAl4/Al(∞). O coeficiente de difusão química do Al e do U na fase UAl4 foi avaliado ser da ordem de 10-9 cm 2/s a 600°C. / The kinetics of phase transformation UAl3 + Al → UAl4 of two Al-U alloys, with 31.4 and 33.4 wt % U respectively, was studied by quantitative microscopy. The results have shown that this transformation is a nucleation and thermally activated growth process. The nucleation occurs heterogeneously at the UAl3/AI(∞) interfaces and growth is controlled by volume diffusion. The empirical activation energy of the process was determined, whose mean value is of about 54.8 kcal/mol. It was verified that a parabolic growth law is obeyed. The UAl4/ UAl3 and UAl4/Al(∞) interfaces migrates in opposite directions, with the UAl4/ UAl3 interface velocity was approximately 5 times greater than that of UAl4/Al(∞) interface. The chemical diffusion coefficient of Al and U in the UAl4 phase were evaluated to be of the order of 10-9 cm 2/s at 600°C.

Orientador: Eugênio José Zoqui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:40:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ruiz_CamilaSola_M.pdf: 6048222 bytes, checksum: 79aed3e14ecfcc03b879d0fca306314b (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo para este trabalho foi avaliar a tixoconformabilidade de ligas Al¿Si¿Cu produzidas via refino de grão, abrangendo desde a obtenção das ligas tixofundidas até sua completa caracterização em termos de metalografia colorida e convencional no comportamento viscoso. Ligas Al¿2,0wt%Si¿2,5wt%Cu, Al¿3,0wt%Si¿2,5wt%Cu, Al¿4,0wt%Si¿2,5wt%Cu e Al¿7,0wt%Si¿2,5wt%Cu foram produzidas via ultra-refino de grãos utilizando o refinador Al¿5,0wt%Ti¿1,0wt%B. Os materiais foram submetidos a tratamentos térmicos de reaquecimento pelos tempos de 0s e 210s, para duas condições de frações sólidas, 45% e 60%. As ligas contendo 2,0wt%Si, 3,0wt%Si, 4,0wt%Si e 7,0wt%Si mostraram-se bastante próximas em termos de viscosidade aparente, no entanto, a liga com 4,0wt%Si apresentou melhor desempenho em termos de globularização. Já a liga contendo 7,0wt%Si mostrou-se dendrítica para todas as condições estudadas, o que dificulta sua aplicação nos processos de tixoconformação / Abstract: The target for this work was the analyses to evaluate the thixoformability of Al¿Si¿Cu alloys produted by grain refining, including the thixocasting of all alloys and their complete characterization in terms of color metallography and conventional on rheological behavior Al¿2.0wt%Si¿2.5wt%Cu , Al¿3.0wt%Si¿2.5wt%Cu , Al¿4.0wt%Si¿2.5wt%Cu and Al¿7.0wt%Si¿2.5wt%Cu alloys were produced by ultra-refining by addiction of Al¿5.0wt%Ti¿1.0wt%B master alloy. The materials were submitted to pre-heating treatment for 0s and 210s in two conditions, 45% and 60% of solid fraction. 2.0wt%Si, 3.0wt%Si, 4.0wt%Si and 7.0wt%Si alloys showed very similar results for apparent viscosity; however the 4.0wt%Si alloy showed better performance in terms of globularization / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Ivaldo Leão Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moutinho_DanielJoaquimdaConceicao_D.pdf: 29526355 bytes, checksum: 14b9f3b019fb01fcd929eee181a63d1e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As ligas fundidas de alumínio vêm desempenhando um papel importante no crescimento da indústria metal-mecânica. Hoje, essas ligas são produzidas em vários sistemas e dezenas de composições. Destacamos as ligas do sistema ternário Al-Cu-Si que apresentam excelente fluidez, alta resistência mecânica e baixo peso, o que as tornam uma escolha adequada como ligas de fundição, sendo amplamente aplicadas na indústria automotiva e aeroespacial. Tais características e o elevado grau de destaque dessas ligas no campo científico e tecnológico têm despertado o interesse de pesquisadores para o desenvolvimento de trabalhos que visam a investigação da evolução microestrutural, formação de macrossegregação e porosidade na solidificação. Neste trabalho, a caracterização e quantificação microestrutural e suas correlações com os parâmetros térmicos da solidificação de ligas Al-Cu-Si são investigadas juntamente com a macros segregação e formação de porosidade tanto através de simulações numéricas quanto através de experimentos de solidificação direcional em regime transitório. A microestrutura dendrítica foi caracterizada por técnicas tradicionais de metalografia para as ligas Al6Cu1Si e Al6Cu4Si e a quantificação dos espaçamentos dendríticos realizada por metodologias consagradas na literatura. Os resultados mostram que a adição de silício na composição da liga diminui os espaçamentos dendríticos primários e secundários quando comparados com a liga binária Al-Cu de mesmo teor de cobre. São propostas leis experimentais de evolução dos espaçamentos dendríticos como função da taxa de resfriamento ( ? ) e da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL), na forma 'lambda IND. 1' = C ( ? )-0,55, 'lambda IND. 2' = C ( ? )-0,33 'lambda IND. 3' = C ( ? )-0,55 para os espaçamentos primários, secundários e terciários respectivamente. Os valores experimentais dos espaçamentos dendríticos secundários foram comparados com o único modelo teórico de crescimento dendrítico existente na literatura para ligas multicomponentes. O diagrama de fases ternário, bem como os caminhos de solidificação de ambas as ligas analisadas, e propriedades termofísicas necessárias para simulações numéricas foram determinadas através do software Thermo-Calc. Os perfis experimentais e numéricos de macrossegregação, bem como as densidades teóricas e aparentes são apresentados em função do comprimento dos lingotes. Os perfis de soluto durante a solidificação unidirecional transitória das ligas foram calculados levando-se em conta transformações de fase secundárias que ocorrem ao longo do referido sentido de solidificação. A microporosidade foi obtida experimentalmente através de um procedimento picnométrico. Também é mostrado que o uso de uma chapa molde de aço carbono induz um aumento atípico na fração de poros próximos à superfície resfriada do lingote, o que é causado por uma maior concentração de ferro provocada pelo fluxo difusivo deste elemento da chapa molde para a superfície do lingote / Abstract: Aluminum alloys castings had a fundamental role in the growth of the metal-mechanics industry. Nowadays these alloys are supplied in a wide range of chemical compositions. We highlight the Al-Cu-Si ternary system because of particular outstanding properties such as high mechanical strength, low weight and very good fluidity. These qualities make them a good choice for applications in the automotive and aerospace industry. The potential of such alloys has attracted much attention of researchers with a view to investigating the microstructure evolution, and the formation of macrosegregation and porosity during the solidification process. In the present work, the microstructures of Al-Cu-Si alloys are characterized and correlated with solidification thermal parameters. The evolutions of macrosegreation and porosity during transient solidification are also examined both experimentally and by numerical simulations. The dendritic microstructure has been characterized using current metallographic techniques for both Al6Cu1Si e Al6Cu4Si alloys and the interdendritic spacings were measured by methods found in the literature. The results have shown that the addition of silicon to the alloy composition decreases the primary and secondary dendritic spacing when compared with those of an Al6Cu alloy. Experimental laws describing the evolution of dendritic spacings with the cooling rate ( ? ) and the velocity of the liquidus isotherm (VL) are proposed, i.e., 'lambda IND. 1' = C ( ? )-0,55, 'lambda IND. 2' = C ( ? )-0,33 and 'lambda IND. 3' for the primary, secondary and tertiary dendritic spacings, respectively. The experimental results of secondary dendritic spacings have been compared with the predictions of the only theoretical model existing in the literature for dendritic growth of multicomponent alloys. The Thermo-Calc software has been used to yield the tertiary phase diagram, thermophysical properties and the solidification path for both alloys. The experimental and numerical macrosegregations profiles, as well as the theoretical and apparent densities are presented as a function of the castings lenghts. The solute profiles that occur during the transient unidirectional solidification were simulated taking into account the formation of secondary phases during solidification. The microporosity was determined using a pyknometry procedure. The work also shows that the use of a carbon steel chill plate induces an abnormal increase in porous fraction at regions close to the casting cooled surface caused by a higher iron content, due to diffusive flux of iron from the chill steel plate toward the casting surface / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Ivaldo Leão Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_LaercioGouvea_D.pdf: 17047245 bytes, checksum: 5fae42e8e6af30ec0ed1e1c1ea889af5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As ligas de alumínio para fundição possuem propriedades de grande interesse industrial, como: baixa massa especifica, boa resistência a corrosão, elevadas condutibilidade térmica e elétrica, boas combinações de propriedades mecânicas, boa trabalhabilidade em processos de usinagem e conformação mecânica. Atualmente, essas ligas são produzidas em vários sistemas e dezenas de composições. A literatura apresenta vários estudos tanto teóricos quanto experimentais focando na evolução microestrutural de ligas binárias a base de alumínio. Leis de crescimento celular e dendritico experimentais e teóricas foram propostas e devidamente validadas. As analises de macrossegregação e formação de poros de ligas binárias de alumínio também foram contempladas em vários estudos recentes. Entretanto, são escassos os estudos abordando importantes famílias de ligas multicomponentes a base de alumínio. Nesse sentido, o presente trabalho se propôs a analisar ligas da família Alumínio-Silício-Cobre (A319.1 e A333.1) [Al-5,5%Si-3,0%Cu e Al-9,0%Si-3,0%Cu] no que diz respeito a evolução da microestrutura dendrítica, macrossegregação e formação de porosidade na solidificação. Para a produção das ligas ternárias foram utilizados Alumínio e Silício comercialmente puros e Cobre eletrolítico. A macrossegregação de soluto e a formação de microporosidade são investigadas tanto experimentalmente quanto por meio de simulações numéricas. A microestrutura dendrítica e quantificada através de seus espaçamentos primários, secundários e terciários, que são devidamente correlacionados com os parâmetros térmicos da solidificação. Os perfis de macrossegregação de soluto, densidade teórica e densidade aparente são apresentados ao longo dos comprimentos dos lingotes. Os perfis de segregação de soluto experimentais foram obtidos através da técnica de espectrometria de fluorescência de raios-X e para a simulação foram calculados levando-se em conta transformações de fase secundarias que ocorrem ao longo da solidificação. As medições de microporosidade foram realizadas utilizando-se a técnica de picnometria...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Aluminum casting alloys have properties which are of great industrial interest, such as low density, good corrosion resistance, high thermal and electrical conductivities, good combination of mechanical properties, good workability in machining processes and mechanical forming. Currently, these alloys are produced in various systems and dozens of compositions. The literature presents several studies, both theoretical and experimental, focusing on the microstructural evolution of binary aluminum base alloys. Theoretical and experimental cellular and dendritic growth laws have been proposed and validated. Macrosegregation and pore formation during solidification of binary alloys of aluminum have been the focus of several recent studies. However, there are few studies in the literature addressing important families of multicomponent aluminum base alloys. Accordingly, this study aims to analyze Aluminum- Silicon-Copper alloys (series: A319.1 and A333.1) [Al-5.5wt%Si-3.0wt%Cu and Al-9.0wt%Si- 3.0wt%Cu] with respect to the evolution of the dendritic microstructure, porosity formation and macrosegregation during solidification. For the production of the ternary alloys commercially pure aluminum and silicon and electrolytic copper have been used. Solute macrosegregation and microporosity formation are investigated both experimentally and through numerical simulations. The dendritic microstructure is quantified by their primary, secondary and tertiary arm spacings, which are correlated with solidification thermal parameters. The solute macrosegregation profiles, theoretical and apparent densities have been determined along the castings lengths. The solute segregation profiles were obtained by X-ray fluorescence spectrometry and the simulations were performed taking into account secondary phase transformations that occur during solidification. Microporosity measurements were carried out by the picnometry technique...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica