Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-03-28T16:43:17Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseProcessoDifusao.pdf: 3756310 bytes, checksum: 8cd34e08049654cc3893cc5bef63c613 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2018-04-02T15:10:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseProcessoDifusao.pdf: 3756310 bytes, checksum: 8cd34e08049654cc3893cc5bef63c613 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-02T15:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_AnaliseProcessoDifusao.pdf: 3756310 bytes, checksum: 8cd34e08049654cc3893cc5bef63c613 (MD5) Previous issue date: 1999-02-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPESP - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo / A imposição de uma ampla gama de condições operacionais em processos de fundição e lingotamento tem como decorrência direta a geração de uma diversidade de estruturas de solidificação. Parâmetros estruturais como tamanho de grão e espaçamento interdendrítico são bastante influenciados pelo comportamento térmico do sistema metal/molde durante a solidificação, impondo, conseqüentemente, uma correlação estreita entre este e a microestrutura resultante. As propriedades mecânicas de uma liga em seu estado bruto de solidificação dependem do arranjo microestrutural que se define no processo de solidificação. Nestas condições, tamanho de grão, espaçamentos interdendríticos, eventuais porosidades, produtos segregados e outras fases, é que irão definir o comportamento mecânico da liga, representado por tensões e/ou deformações. Expressões que correlacionam o comportamento mecânico com parâmetros da microestrutura são muito úteis para se buscar uma forma de planejamento prévio das condições de solidificação, em função de um determinado nível de resistência mecânica que se pretenda alcançar, ou seja, estabelecer um caminho de programação da microestrutura e das propriedades mecânicas. Neste particular, a literatura apresenta relações entre o limite de escoamento do material com o tamanho de grão, como a conhecida equação de Hall-Petch. Este trabalho avança nessa direção na busca de relações entre comportamento mecânico no campo plástico, espaçamentos dendríticos secundários e condições de solidificação. Para a análise de uma importante variável da solidificação em moldes de boa difusividade de calor, qual seja o coeficiente de transferência de calor metal/molde (hi), foram escolhidas como base de estudo ligas do sistemas Sn-Pb com composições Sn- 5% Pb, Sn- 10% Pb; Sn- 20% Pb; Sn- 38,1% Pb (eutética) além do elemento estanho. Essa escolha decorreu da facilidade de manipulação dessas ligas em laboratório e principalmente por possuírem propriedades termofisicas conhecidas. Neste particular foram investigadas as influências das seguintes condições operacionais sobre hi, espessura do molde, superaquecimento do metal líquido e magnitude do intervalo de solidificação. O confronto de resultados experimentais relativos à distribuição de temperaturas no metal e no molde durante a solidificação e resultados de simulação com um modelo numérico permitiram a obtenção de expressões, para cada caso, relacionando hi em função do tempo. Foi também analisada a transferência de calor da superfície externa do molde para o meio ambiente e desenvolvidas expressões que correlacionam o coeficiente de "transferência de calor molde/ambiente hAmb também em função do tempo. Para a correlação de parâmetros de estrutura dendrítica e propriedades mecânicas foram escolhidas as seguintes ligas do sistema Al-Cu: Al- 4,5% Cu; Al- 15% Cu. A mesma análise referente a h1 e hAmb já mencionada foi estendida a essas ligas incluindo a liga de composição eutética (Al- 33% Cu) e o alumínio puro. Apoiados em resultados de ensaios de solidificação padronizados, espaçamento dendrítico secundário (EDS), e apoiados em modelos matemáticos de transferência de calor e de crescimento dendrítico, desenvolveram-se expressões correlacionando o limite de resistência à tração (σu) e o alongamento específico (δ) como função de variáveis do sistema metal/molde, estabelecendo-se um caminho de programação da estrutura dendrítica e do nível de resistência como função de condições operacionais pré-estabelecidas no processo de solidificação. / Correlation among solidification conditions, microstructure and mechanical behavior / The imposition of a wide range of operational conditions in foudry and static casting generates, as a direct consequence, a diversity of solidification structures. Structural parameters such as grain size and interdendrictic spacings are highly influenced by the thermal behavior of the metal/mold system. during solidification, consequently imposing a close correlation between the described system and the resulting microstructure. The mechanical properties of an alIoy in its crude state of solidification depend on the microstructural arrangement defined in the solidification process. Under the circumstances, the mechanical behavior of the alIoy, represented by stresses and/or strains, wilI be defined by grain size, interdendritic spacings, casual porosities, segregated products and other phases. Expressions correlating the mechanical behavior with microstructural parameters are very useful in order to search for a type of previous planning of the solidification conditions in terms of a determined leveI of mechanical resistance which is intended to be attained, e.g. to settle a way of programming the microstructure and the mechanical properties as well. Particularly, the literature in this field presents relations between the yield strength of the material and the grain size, such as the renowned HalI-Petch's equation. The present work advances in that direction, in search of relations among mechanical behavior in the plastic field, secondary dendritic spacings and solidification conditions. In order to analyze an important variable of solidification in molds with good heat diffusivity, like the metal/mold heat transfer coefficient, alloys of the Sn-Pb system - with compositions Sn- 5%Pb, Sn- 10%Pb, Sn- 20%Pb, Sn- 38,1%Pb (eutectic) - besides the element tin, were chosen. The choice was made because such alloys are easily handled in laboratory and chiefly because their thermophysical properties are well known. Particularly the influences of the following operational conditions on hi were investigated: mold thickness, liquid metal superheating and magnitude of the solidification range. Experimental results related to the distribution of temperatures in metal and mold during solidification, as compared with the results of simulation with a numerical model, made it possible to attain of expressions, for each case, by relating hi in terms of time. Heat transfer from the external surface of the mold to the environment was also analyzed; in the same manner, expressions were developed correlating the mold/environment heat transfer coefficient hAmb in terms of time as well. To correlate parameters of dendritic structures and mechanical properties, the following alloys of the Al-Cu system were chosen: Al- 4,5%Cu; Al- 15%Cu. The same aforementioned analysis referring to hi and hAmb was extended to those alloys including the one of eutectic composition (Al- 33%Cu) and pure aluminum. Based upon results of standardized solidification tests, secondary dendritic spacing ( EDS ) and upon mathematical models of heat transfer and dendritic growth, expressions were developed correlating the ultimate tensile strength (σu) and specific elongation (δ) as a function of variables of the metallmold system. Thus it was a way towards the programming of the dendritic structure and the leveI of resistance as a function of preestablished operational conditions in the solidification process.

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-11-08T18:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Delbin_Daniel_M.pdf: 8551361 bytes, checksum: 770e9d00eeb959cc6e40cf3f314faa4e (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é estudada a viabilidade de produção de esponjas metálicas pela conformação de pasta tixotrópica da liga A2011, sobre camada de agente bloqueador (NaCl) posteriormente removido para formação da porosidade. Investiga-se a influência da temperatura de tratamento térmico, para obtenção da pasta semi-sólida, e da granulometria do agente bloqueador, na estrutura formada do material celular (aspecto geral, caracterização qualitativa e quantitativa dos poros, microestrutura da parede celular e densidade) e nas características de processo (forças de tixoforjamento e capacidade de penetração da pasta). São produzidos cilindros de material poroso metálico tipo sanduíche, compostos de camada porosa entre camadas maciças da liga, com três diferentes classes de porosidade: fina, média e grosseira. As esponjas foram submetidas à tomografia computadorizada e à análise metalográfica para sua caracterização estrutural. Os resultados obtidos mostram a viabilidade de obtenção de esponjas metálicas utilizando a tecnologia de semi-sólidos e o tipo de bloqueador utilizado. O sucesso do processo depende da fração líquida presente na pasta metálica tixotrópica, reduzida fração líquida pode resultar em incompleta infiltração e compressão das partículas do agente bloqueador. Nas condições analisadas a granulometria do agente bloqueador não teve influência sensível na qualidade do produto. A densidade do material poroso aumenta com o aumento da temperatura de processo, devido ao aumento da espessura de paredes metálicas na estrutura porosa / Abstract: The work analyses the possibility of the production of cellular material by pressing the A2011 alloy in the thixotropic semi-solid state, into a space holder pre-form. Space holder particles used are NaCl, which are removed from the product after the forming operation, resulting the porous material. It is investigated the influence of the thixoforming temperature and the size of space holder particles, in the structure of the obtained porous material (general aspect, quantitative and qualitative characterization of porosity, microstructure of cell walls and density of the product), as well as in the processing characteristics (required forces for infiltration, penetration ability of the slurry in the salt pre-form). Cylindrical samples, sandwich type, with a porous layer inserted between layers of compact alloy are produced, presenting three different ranges of porosity. The cellular material obtained contains opened porosity, being characterized as sponge. Products were analyzed by tomography and metallographic techniques. Results show that the proposed process is able to produce acceptable porous material, with a simple and low cost technique. The quality of the product depends rather on the processing temperature than on the size of space holder particles. Low liquid fraction in the thixotropic slurry can lead to incomplete infiltration and deformation of the pre-form. In the analyzed conditions, influence of the size of space holder particles could be observed neither in the processing ability nor in the quality of the product. Density of produced porous material increases as processing temperature increases, due to the increase of thickness of cell walls / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Neste trabalho os efeitos da soldagem por fricção e mistura na resistência à corrosão da liga 2098-T351 foram avaliados e correlacionados com sua microestrutura. Neste sentido, técnicas eletroquímicas convencionais e locais (EIS, curvas de polarização, SVET, SECM e LEIS) em conjunto com técnicas de caracterização microestrutural (XPS, SEM, TEM, DSC, microdureza, perfilometria ótica) foram utilizadas. Devido a pouca informação encontrada na literatura sobre este material, uma caracterização prévia da liga na condição como recebida pelo fabricante foi realizada. Com isso, observou-se a existência da influência da preparação da amostra na resistência à corrosão da liga. Amostras na condição como recebida apresentaram maior resistência à corrosão do que as amostras polidas. Em seguida, a liga 2098-T351 foi caracterizada e sua resistência à corrosão comparada com a da liga convencional 2024-T3, amplamente usada na indústria aeroespacial. Os resultados mostraram diferentes mecanismos de propagação da corrosão para as duas ligas. Em termos de resistência à corrosão, a liga 2098-T351 apresentou potencial para substituir a liga 2024-T3 em termos de resistência a penetração do ataque localizado. Por fim, a reatividade das diferentes zonas de soldagem foi correlacionada com as respectivas características microestruturais. Os resultados mostraram que a região da junta soldada, que compreende a região da zona misturada e zona termomecânicamente afetada, foi mais resistente à corrosão do que a zona termicamente afetada e o metal base. A alta densidade da fase T1 (Al2CuLi) nestas ultimas regiões, comparadas à junta soldada foi considerada responsável por esse comportamento. / In this work, the effects of friction stir welding on the corrosion resistance of the 2098-T351 alloy were evaluated and correlated with its microstructure. In this sense, conventional and local eletrochemical techniques (EIS, polarization curves, SVET, SECM e LEIS) together with microstructural characterization techniques (XPS, SEM, TEM, DSC, microhardness, optical profilometry) were used. Due to the little information found in the literature on the 2098-T351 alloy a prior characterization of the alloy in the as received condition by the manufacturer was carried out. Thus, the influence of sample preparation on the corrosion resistance of the alloy was observed. Samples in the as-received condition showed higher corrosion resistance than the polished ones. Next, the the 2098-T351 alloy was characterized and its corrosion resistance compared to that of the conventional 2024-T3, widely used in the aerospace industry. The results showed different mechanisms of corrosion propagation for the two alloys. In terms of corrosion resistance, the 2098-T351 alloy presents potential to replace the conventional 2024-T3 alloy due to its resistance to corrosion attack penetration. Finally, the reactivity of the different FSW welding zones was correlated with their microstructural features. The results showed that the weld joint, which comprises the stir zone and the thermomechanically affected zone, was more resistant to corrosion than the heat affected zone and base metal. The high density of T1 phase (Al2CuLi) in these last zones, compared to the weld joint was considered responsible for this behavior.

O uso de ligas de alumínio pela indústria aeronáutica é sabidamente consagrado. Neste tipo de uso os carregamentos e seu histórico acabam por ter uma importância ímpar na determinação da vida em fadiga das peças estruturais. Este trabalho busca estudar e apresentar a modelagem em uma série de pacotes fechados de análise de fadiga para carregamentos de amplitude constante e variável, em ligas de alumínio usadas na indústria aeronáutica. Neste contexto, modelam-se carregamentos simples ou complexos espectros de voos comerciais e militares. Outro aspecto importante da pesquisa consiste em aliar as técnicas da formulação de elementos finitos, no estudo da vida em fadiga de corpos de prova e demais propriedades do material, com os modelos bem consagrados para problemas de propagação de trinca, comumente presentes na indústria em questão. Obtiveram-se boas respostas, no tocante à representação dos fenômenos estruturais e de material, sobretudo aqueles relacionados à propagação. Ademais, o Método dos Elementos Finitos Estendidos ajuda significativamente na melhoria da resposta numérica, contudo sem aumentar de forma restritiva o custo computacional das análises. Os principais resultados ao final do trabalho foram uma contribuição ao estudo deste material relacionado à modelagem via elementos finitos conseguindo-se representar bem campos de tensões e propagações de trinca e, em especial, a representação obtida do ensaio de KIC. Por outro lado, com o uso de pacotes fechados e abertos no estudo da vida em fadiga, conseguiu-se simular de forma satisfatória problemas de fadiga, em situações envolvendo carregamentos de amplitude constante e variável, tais como picos e espectros de voos civis e militares. / The use of aluminum alloys by the aeronautical industry is well known. In this application, load time-histories resulting important for fatigue life determination of aircraft structural components. Present work aims to study and present the modeling in some closed packages of fatigue analysis for both constant and variable amplitude loads in aluminum alloys used for aeronautical purposes. In this context, simple or complex loading spectra are modeled, for commercial and military flights. Another important issue of the research is to combine techniques of finite element formulation in order to predict the fatigue life of test specimens and properties of the material, using well-established models for crack propagation commonly used in the industry of concern. Were obtained good results, regarding the representation of stress states, especially those related to crack propagation. Moreover, the Extended Finite Element Method (X-FEM) significantly helps in improving the numerical response, however saving the computational cost of the analyzes. The main result of present work is the increase of the knowledge about modeling aeronautical alloys via finite elements, where were possible to represent accurately tension fields, crack propagations and especially the KIC test. On the other hand, with the use of closed and open packages for fatigue life prediction, it was possible to simulate satisfactorily problems involving constant and variable amplitude loading, such as peaks and spectra of civil and military flights.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

Submitted by Cassia Cavalcanti da Silva null (cassiacavalcanti@terra.com.br) on 2016-08-01T22:46:23Z No. of bitstreams: 1 Silva_Cássia_2016.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-08-03T16:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silvia_cc_dr_guara.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-03T16:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silvia_cc_dr_guara.pdf: 9369604 bytes, checksum: d9e7dedc0ffe91324f392628a9e5c12f (MD5) Previous issue date: 2016-07-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A liga AA 356 é uma liga Al-Si amplamente utilizada tanto na indústria automobilística como na aeronáutica. Para melhorar suas propriedades mecânicas, são usados inoculantes para o refino de grão e para modificação eutética. Os componentes solidificados em moldes metálicos, que são mais eficientes na extração de calor, em geral, têm propriedades mecânicas superiores àqueles solidificados em moldes de areia que apresentam uma menor taxa de extração de calor. A curva de resfriamento que é uma curva da temperatura em função do tempo obtida da extremidade de um termopar localizado no centro do molde e conectado a um sistema de aquisição de dados é uma ferramenta que permite avaliar tanto o refino de grão quanto a modificação eutética. Essa ferramenta permite observar também a formação de fases intermetálicas, e é influenciada por fatores como a taxa de resfriamento. A primeira derivada da curva de resfriamento que representa a taxa de resfriamento é parte da ferramenta, pois melhora a precisão dos dados obtidos com a curva de resfriamento. Para o desenvolvimento desse trabalho foram preparados lingotes variando-se o material do molde (areia e aço), o teor de modificador de eutético e a adição de refinador de grão, ambos na forma de ligas-mãe (ante-liga) Al-10Sr e Al-5Ti-1B, respectivamente. Os valores para traçar as curvas de resfriamento foram obtidos monitorando a temperatura do metal desde o vazamento até sua completa solidificação e posterior resfriamento. Amostras do material foram preparadas para metalografia e obtidas imagens de macroestrutura e microestrutura. Da microestrutura foram obtidas as imagens com o ataque químico convencional e o ataque químico profundo; foram realizadas medidas de fração de porosidade por área, por técnica de microscopia, além de medidas de dureza Vickers e Brinell. Os resultados confirmam que a técnica da análise térmica da curva de resfriamento é uma excelente ferramenta, pois além de fornecer as temperaturas solidus e liquidus, as temperaturas de transformações de fases e informações sobre a eficácia do refino de grão e modificação eutética, pode ser utilizada na avaliação da presença de impurezas e na identificação de fases presentes nas ligas, tanto da liga primária quanto da liga reciclada. / The alloy AA 356 is an Al-Si alloy widely used in the automotive and aeronautics industry. To improve the mechanical properties of this alloy inoculants are used to grain refine and eutectic modification. The solidified components in metal mold, with a higher heat extraction rate, generally have mechanical properties superior to those solidified in sand mold with a lower heat extraction rate. The cooling curve is a curve of temperature versus time obtained in the end of a thermocouple located in the center of the mold and connected to a data acquisition system. It is a tool to evaluate both the grain refinement as the eutectic modification. This tool also can also be used to observe the formation of intermetallic phases, and is influenced by factors such as the cooling rate. The first derivative of the curve representing the cooling rate is part of the tool because it improves the accuracy of the data obtained from the curve. For the development of this work ingots were prepared varying the mold material (sand and steel), the content of eutectic modifier and the grain refiner addition , both in the form of master alloys Al-10Sr and Al-5Ti-1B, respectively.The data for plotting the cooling curves were obtained experimentally during solidification; Samples of the material were prepared for metallography and macrostructure and microstructure images were obtained. Through microstructure images obtained with conventional etching and deep etching. Porosity fraction area was measured by microscopy technique and hardness measurements were performed by Vickers and Brinell metdhod. The results confirm that the thermal analysis of the cooling curve is an excellent tool because provides the solidus and liquidus temperatures and the phase transformations on the effectiveness of the grain refining and eutectic modification and it can be used to assess the presence of impurities in the phase identification, for both the primary alloy and the recycled alloy.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5 Conclusoes - Referencias.pdf: 87748 bytes, checksum: 317ace1061109510ffacdade715d092a (MD5) Previous issue date: 2009-07-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work examines the effects of solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy. Tensile bars were molten to tensile tests and solution treatment in several conditions of time and temperature were performed. The A356 alloy with different weight percentage of magnesium and with its respective as-casting specimens were also analysed to evaluate the heat treatment. To evaluate the results tensile tests, alloy hardness and matrix microhardness, and metallographic analysis and fractographs were performed. The microstructural analysis allowed to evaluate the evolution of microstructural transformation. Results changes were attained to alloy with less percentage of Mg (0,15wt. %). However, to the alloy with higher percentage of Mg (0,3wt. %) the results indicated increase in all properties analysed, increasing the time and the temperature of solution. Only to the temperature of 570°C, a property drop of ultimate tensile strength and elongation were observed. The best properties were obtained to 10 hours of the solution in 540°C, as a result of a better distribution and coalescence of the Si particles. The fractographs showed changes on the fracture mode in function of increase in the solution time and temperature, evidencing the increase of the ductility observed through mechanical tests. The kind of alloy fracture and the matrix fracture mode and Si particles were evidenced in fracture surfaces. / Este trabalho avalia os efeitos do tratamento térmico de solubilização sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas da liga de alumínio A356. Foram fundidos corpos de prova para ensaios de tração e realizados tratamentos de solubilização em diversas condições de tempo e temperatura. A liga A356, com diferentes percentuais em peso de magnésio e com suas respectivas amostras brutas de fundição, também foram analisadas para avaliação dos efeitos do tratamento térmico. Para avaliação dos resultados foram realizados ensaios de resistência à tração, de dureza da liga e microdureza da matriz e, análises de metalografias e fractografias. As análises microestruturais permitiram avaliar a evolução da transformação microestrutural. Variações nos resultados foram obtidos, para liga com menor teor de Mg (0,15% em peso). Porém, para liga com maior teor de Mg (0,3% em peso) os resultados indicaram aumento em todas as propriedades analisadas, com o aumento do tempo como da temperatura de solubilização. Apenas para temperatura de 570°C uma queda nas propriedades de máxima resistência e alongamento foram observadas. As melhores propriedades foram obtidas com 10 horas de solubilização a 540°C, como resultado de uma melhor distribuição e coalescimento das partículas de Si. As fractografias mostraram alterações no modo de fratura, em função do incremento no tempo e na temperatura de solubilização, evidenciando o aumento de ductilidade observada através dos ensaios mecânicos. O tipo de fratura da liga, e o modo de fratura da matriz e das partículas de Si também foram evidenciados pelas superfícies de fratura.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1 inicio-introducao.pdf: 82164 bytes, checksum: d209d70a553021390cbccad3fd2d33e9 (MD5) Previous issue date: 2010-07-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study evaluates the effect of chemical composition and heat treatment of aging on the mechanical properties of aluminum alloy 356. The variables of heat treatment were the magnesium content, time and temperature. Additionally, the effect of alloying elements present as Fe and Mn were also evaluated by comparing with the A356 which is the purest version of the 356.0 alloy. For alloy 356, two amount of magnesium were used, 0.3% and 0.5% in weight and the alloy was called the 356 low Mg and 356 high Mg, respectively.The samples were treated at constant temperature and varying times and after analysis of mechanical strength more specimens were cast that were treated at constant temperature, varying the time. In addition to tensile tests, other techniques were used to evaluate the material.Microhardness tests, optical microscopy and scanning electron microscopy analysis with point EDX were used.Comparing alloys with low and high magnesium content were observed significant variations in the mechanical properties .Besides this variable, the time and temperature of heat treatment also caused changes in the mechanical properties.At high temperatures can be observed the possible effect of over aging, where a decrease in mechanical strength was obsserved.In the microstructural analysis of the alloy 356 was noticed the presence of intermetallic iron-rich and the same was not found when we evaluated the microstructure of the alloy A356.As mechanical properties of A356 alloy showed values slightly lower than those obtained for the mechanical properties of alloys 356.This fact may be related to the presence of hardening elements such as copper and other alloying elements such as iron and manganese present in the alloy 356. / Este trabalho avalia o efeito da composição química e do tratamento térmico de envelhecimento sobre as propriedades mecânicas da liga de alumínio 356. As variáveis estudadas foram o teor de magnésio, o tempo e a temperatura de tratamento térmico. Adicionalmente, os efeitos de elementos de liga presentes como o Fe e o Mn também foram avaliados, através da comparação com a liga A356 que é a versão mais pura da liga 356.0. Para a liga 356, dois percentuais de magnésio foram utilizados, 0,3% e 0,5% em peso e a liga foi denominada 356 baixo Mg e 356 alto Mg respectivamente.Os corpos de prova foram tratados a temperatura constante e tempos variados e após análises de resistência mecânica foram fundidos mais corpos de prova que foram tratados a temperatura constante, variando o tempo.Além dos ensaios de tração, outras técnicas foram usadas para avaliar o material.Ensaios de microdureza, microscopia óptica e eletrônica de varredura com análises pontuais EDX foram utilizadas.Comparando as ligas com baixo e alto teor de magnésio foram observadas variações significativas nas propriedades mecânicas.Além desta variável, o tempo e a temperatura de tratamento térmico também causaram variações nas propriedades mecânicas.A altas temperaturas pode ser observado o possível efeito de superenvelhecimento, onde uma queda na resistência mecânica foi observada.Nas análises microestruturais da liga 356 pode se perceber a presença de intermetálicos ricos em ferro e o mesmo não foi encontrado quando foi avaliada a microestrutura da liga A356.As propriedades mecânicas da liga A356 apresentaram valores menores do que aqueles obtidos para as propriedades mecânicas das ligas 356.Este fato pode ser relacionado com a presença de elementos endurecedores como o cobre e outros elementos de liga como o ferro e o manganês presentes na liga 356.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.

A procura cada vez mais intensa por redução de peso e consequente diminuição do consumo de combustível dos veículos automotores e aeronaves, tem proporcionado um crescimento constante na utilização do alumínio e suas ligas nos diversos setores da indústria de manufatura. No entanto, a dificuldade de união em juntas de alumínio que atendam requisitos de alta resistência à fratura e à fadiga, tem intensificado as pesquisas por novas tecnologias em seu processo de soldagem. Neste contexto, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta não consumível é projetada especialmente para ser introduzida nas juntas das chapas a serem soldadas, gerando calor e misturando mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos dos parâmetros de soldagem FSW, na consolidação das propriedades mecânicas das soldas produzidas, na microestrutura, além de buscar a otimização do processo para a liga em estudo. Para tanto, a geometria da ferramenta foi projetada, fabricada e testada, de forma a definir os parâmetros ideais para obtenção de juntas soldadas sem defeitos. Uma máquina fresadora CNC foi utilizada para a execução dos testes. As soldas foram produzidas em chapas de alumínio da liga Al 5182-O com espessura de 3,25mm, com velocidade rotacional da ferramenta mantida constante em 500 rpm e velocidades de soldagem de 50, 100, 150, 200 e 250 mm/min. A ferramenta foi inclinada em um ângulo de 1º, todas as soldas foram realizadas com sentido horário de rotação, após a realização dos testes as juntas soldadas foram submetidas a uma série de ensaios destrutivos e não destrutivos caracterizando cada teste realizado. Juntas de topo com penetração completa e livre de defeitos foram produzidas com velocidades de soldagem de 100, 150, 200 e 250 mm/min, enquanto com a velocidade de soldagem de 50 mm/min resultou em defeito do tipo vazio na zona da mistura no lado do avanço, defeito este caracterizado através de inspeção por microtomografia, o que fez com que as soldas produzidas com esta velocidade de soldagem rompessem na junta soldada. Em todas as velocidades de soldagem a caracterização através de microscopia óptica na seção transversal das soldas revelou um refino microestrutural, obtido pelo fenômeno de recristalização dinâmica, que resultou em um aumento nos valores de dureza na zona da mistura. Os resultados obtidos demostram que soldas de boa qualidade podem ser produzidas com este processo. Além disso, foi estabelecida uma correlação entre a história térmica associada ao processo de FSW, a microestrutura produzida e o desempenho mecânico das juntas soldadas. / The increasingly intense demand for weight reduction and consequent reduction of the fuel consumption of motor vehicles and aircraft , has provided a steady growth in the use of aluminum and its alloys in various sectors of the manufacturing industry , but the difficulty in joining together aluminum that meet high fracture resistance and fatigue , has intensified the research for new technologies in the process of welding. In this context , the welding process called Friction Stir Welding ( FSW ) has been gaining ground in research and also in industry . In this process , non-consumable tool is specially designed to be inserted in the joints of the plates to be welded, generating heat and mechanically mixing the gasket material, consolidating the weld. This study aimed to evaluate the effects of welding parameters FSW , the consolidation of the mechanical properties of the welds produced, microstructure, and seek to optimize the process for the alloy under study. For this, the geometry of the tool is designed, manufactured and tested in order to define the optimal parameters for obtaining welded joints without defects. A milling machine CNC was used for the tests. The welds were produced in sheets of aluminum alloy Al 5182-O with a thickness of 3,25mm with rotational speed of the tool maintained constant at 500 rpm and welding speeds of 50, 100, 150, 200 and 250 mm / min, the tool was tilted at an angle of 1°, all welds were performed with clockwise direction of rotation, after the tests the welded joints were subjected to a series of destructive testing and nondestructive characterizing each test performed. Butt welding with full penetration and free defects were produced with welding speeds of 100, 150, 200 and 250 mm / min, while with the welding speed 50 mm / min resulted in failure of the void type in the zone of the mixture side of the advance, this defect characterized by inspection by microtomography, which has meant that the welds produced with this welding speed would break the joint weld. In all welding speeds characterization by optical microscopy in cross section of welds revealed a microstructure refining, obtained by dynamic recrystallization phenomenon, for which resulted in an increase in the hardness values in the mixing zone. The results demonstrate that good quality welds can be produced with this process. Moreover, a correlation between the thermal history associated with the process produced the microstructure and mechanical performance of welded joints was established.