Orientador: Roseana da Exaltação Trevisan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T22:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_Fabio_D.pdf: 10190908 bytes, checksum: 8c7ab13d44e69531dc0ca5b0d5e3d53c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: O fenômeno da Trinca de Solidificação tem se configurado como um grave problema de soldagem. Consiste do surgimento de trincas na zona fundida da solda durante a solidificação, quando esta se encontra submetida a tensões de tração. Um dos testes mais utilizados em todo o mundo para determinar a suscetibilidade de um material à trinca de solidificação é o teste Varestraint, que simula o estado de tensões na solda que propicia o surgimento da trinca, sendo, por este motivo, utilizado neste trabalho. As ligas de alumínio vêm tendo sua utilização aumentada no mundo todo como material de engenharia, e algumas de suas ligas são bastante suscetíveis à trinca de solidificação. A técnica da soldagem com arco pulsado consiste da utilização de dois níveis de intensidade de corrente alternadamente durante a soldagem, alta e baixa, chamadas, respectivamente, de corrente de pico e de base, produzindo soldas com aparência de pontos fundidos sobrepostos. Neste trabalho foi proposto o uso da corrente alternada com pulsação de arco como forma de minimização da ocorrência de trincas de solidificação na liga de alumínio e magnésio denominada 5052. Os parâmetros variados nesta pesquisa foram a tensão de tração atuante sobre a solda, a variação de potência do arco elétrico de soldagem entre os períodos de pico e base e o espaçamento entre os pontos fundidos da solda. Os experimentos foram planejados com o auxílio da técnica estatística conhecida como planejamento fatorial completo e realizados de forma totalmente aleatorizada, mantendo-se constante o insumo de calor das soldas. Os resultados foram submetidos à análise de variância e análises isoladas dos parâmetros de influência. Concluiu-se que a pulsação de arco exerceu um papel benéfico sobre a ocorrência da trinca de solidificação, desde que sejam controlados os fatores estudados. A tensão de tração mostrou-se diretamente proporcional à ocorrência das trincas, enquanto que a variação de pulsação e o espaçamento entre os pontos fundidos mostraram-se inversamente proporcionais. Realizou-se análise da superfície da trinca com MEV, concluindo-se que o fenômeno observado foi realmente o da trinca de solidificação. Análises metalográficas mostraram que a pulsação de arco provoca o refinamento dos grãos da zona fundida, enquanto que o espaçamento entre os pontos fundidos, em seu nível máximo, provocou o surgimento de trincas internas / Abstract: Solidification cracking is one of the majors welding problems. The cracking occurs in the fusion zone during the solidification, when the stresses act on it. One of the most employed tests to determine the susceptibility of a material to the solidification cracking is the Varestraint test, which simulates the state of tensions in the welds that propitiates the appearance of the cracking. The use of aluminum alloys as engineering materials has grown alI over the world, and some alloys are quite susceptible to the solidification cracking. The pulsed are welding is based on the use of 2 current levels, high and low, respectively called peak and base current, producing welds with appearance of overlapped melted points. In this work the use of the pulsed alternating current was proposed as form of minimization of the occurrence of solidification cracking in the5052 aluminum alloy. The varied factors studied in this research were the augmented strain, the are power variation of the electric are between the peak and base periods and the spacing between the melted points ofthe welds. The experiments were totally planned with the aid of the statistics technique known as full faetorial planning, keeping the heat input constant. The results were submitted to the analysis of variance and isolated analyses of the influence parameters. It was found that the pulsed are has a beneficial influence on the occurrence of the solidification cracking, since the studied factors are controlled. The augmented strain was shown directly proportional to the occurrence of the cracking, while the pulse variation was inversely proportional. The cracking surface analysis was performed with MEV, and it was found that the observed phenomenon was really the solidification cracking. Metallographic analyses showed that the pulsed arc provokes the grains refinement of the melted zone, while the spacing among the melted points, in its maximum leveI, provoked the appearance of internal cracking / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Ana Maria Martinez Nazar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T00:55:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alarcon_OrestesEstevam_M.pdf: 2072339 bytes, checksum: a58f7b93a477caacbe355fd3e2d28d9e (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: Discute-se os efeitos de tratamentos termomecânicos (TTM) na microestrutura, nas propriedades mecânicas e nos mecanismos de deformação e fratura em uma liga de alumínio de alta resistência - 7050-T76. Obtêm-se previamente materiais com microestruturas recristalizada, parcialmente recristalizada e não recristalizada, através de TTM. Os mecanismos de recristalização e recuperação envolvidos são estudados em MET, incluindo a técnica de recristalização in situ. Avalia-se as propriedades mecânicas através de testes em tração monotônica e tenacidade à fratura (COD). O estudo dos mecanismos operantes no modo de deformação e fratura é efetuado utilizando-se Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) e análise de textura por Raio X. Desenvolve-se também um método para obtenção de amostras em folhas finas, para o estudo de tração in situ em MET. O estudo da recristalização in situ no material previamente superenvelhecido e laminado a 250ºC, mostra que a nucleação da recristalização origina-se em torno de partículas grosseiras (> 0,5 mm), formando pequenas células com alta densidade de discordâncias e, prossegue através de um processo de poligonização. O crescimento posterior do núcleo de recristalização ocorre somente após a solubilização dos precipitados de equilíbrio, os quais atuam no sentido de impedir a movimentação da interface entre a região recristalizada e deformada. A origem do processo de recuperação no material previamente solubilizado e laminado a 400ºC, deve-se ao efeito produzido pelas partículas finas que precipitam durante a laminação; as mesmas atuam no sentido de dificultar a movimentação de contornos de baixo ângulo e de discordâncias redundantes, impedindo a ocorrência de recristalização. A melhor combinação de propriedades de tração e tenacidade à fratura é obtida no material com microestrutura não recristalizada. As três microestruturas apresentam deslizamento planar, mas a não recristalizada é a única em que não ocorre concentração de deformação em contornos de grãos, apresentando fratura predominantemente transgranular. Isto é atribuído à maior facilidade de transferência de plasticidade entre grãos adjacentes, devido ao menor grau de desorientação entre as bandas de deslizamento dos mesmos. Constata-se, através de observações in situ em MET, que a propagação intergranular da trinca, em microestrutura recristalizada, ocorre em zonas livres de precipitados vizinhas aos contornos de grãos e, que a nucleação de vazios é devido à decoesão interfacial em precipitados de equilíbrio termodinâmico, auxiliada pela concentração de deformação em contornos de grãos. Já na microestrutura não recristalizada, a trinca transgranular propaga-se de modo dútil através da ruptura dos lingotamentos, entre a ponta arredondada da trinca e microvazios nucleados dentro da zona plástica. / Abstract: The effect of Thermomechanical Treatment on the microstructure, mechanical behaviour and fracture mechanism of the high strength aluminum alloy 7050-T76 was investigated. Materials with recrystallized, partially recrystallized and unrecrystallized micro structure were previouly produced by thermomechanical treatment and their mechanism was studied using TEM, including in situ recrystallization. The mechanical behaviour was evaluated by monotonic tensile properties and fracture toughness (COD). Several technics were used to study the fracture mechanism; SEM, TEM and in situ TEM, for this, it was developed a method to prepare the samples, also texture analyses was included. The in situ recrystallization on the pre-aging material, rolling at 250ºC, has shown that the origin of the recrystallization nucleated at coarse particles (> 0,5 mm) as small cells of high dislocation density and proceeds by a poligonization process. The small particles inhibit recrystallization then, further nuclei grows only after solubilization of these particles. In the unrecrystallized structure, produced by rolling at 400ºC in previous solutioned material, the small particles precipitated during rolling are a barrier to the low angle boundary and redundant dislocation movement and avoid recrystallization. Materials processed to produce unrecrystallized grain structure show a significant mechanical behaviour improvment over the recrystallized material. All of the materials have planar slip and a clear tendency toward strain localization in the partially recrystallized and recrystallized material. The fracture mode in the unrecrystallized material is almost completely transgranular. This is due to the easy transfer of plasticity to adjacent grain that are favorabily oriented. In situ TEM observation shows that once the crack is nucleated, the intergranular propagation in the recrystallized material occurs along the precipitated free zone (PFZ), aided by coalescence of void nucleated by decohesion of the grain boundary precipitates. In the unrecrystallized material the transgranular crack propagation proceeds in a ductil mode by the rupture of the intervening ligaments from the tip of the crack (previously blunted by plastic flow) and the voids nucleated inside the plastic zone. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Ana Maria Martinez Nazar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T16:44:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_Itamar_D.pdf: 6097680 bytes, checksum: 6a6cf82c53a196aa7d40e336f6ad5221 (MD5) Previous issue date: 1987 / Resumo: Estuda-se, neste trabalho, a tenacidade i fratura, condições elasto-plásticas, das ligas de alumínio de alta em resistência do tipo Al-6Zn-2Mg-xCu - com três teores diferentes de cobre (1, 1,6 e 2,1% em peso), com alta pureza (baixos teores de Fe e Si), com zircônio como agente controlador de recristalização, com microestruturas similares (iguais grau de recristalização e tamanhos dos grãos recrista1izados e não recristalizados) e na forma de chapas finas (espessura de 6,4 mm) - em uma ampla faixa de comportamento mecânico obtida por variações no tempo de envelhecimento (de 1 até 300 h) à temperatura de 393 K (120°C). Verifica-se que essas ligas, nas condições estudadas, apresentam altos níveis de resistência mecânica associados a altos níveis de tenacidade à fratura e que os parâmetros de tenacidade à fratura JQ e dc são bastante sensíveis às variações do tempo de envelhecimento e teor de cobre. Com o aumento do tempo de envelhecimento há, para as ligas com 1,6 e 2,1% de cobre, diminuição bastante sensível de JQ e dc em toda a faixa de tempo estudada; para a liga com 1% de cobre, há diminuição, também bastante sensível, desses parâmetros nas regiões correspondentes ao sob envelhecimento e à máxima resistência, sendo que, para longos tempos de envelhecimento, há um nítido aumento nesses parâmetros. Nas três ligas, ainda com o aumento do tempo de envelhecimento, aumenta a tendência de ocorrência de "pop-in" e há, possivelmente como consequência disso, urna diminuição bastante sensível dos parâmetros de avaliação da resistência a propagação estável da trinca (dJ/da e módulo de rasgamento). Com o aumento do teor de cobre há diminuição sensível dos parâmetros JQ e dc. O parâmetro JIC se aplica muito bem nas condições correspondentes à máxima resistência e ao superenvelhecimento, apresentando um baixo nível de dispersão dos pontos (?a, J), em torno da curva R; o valor médio do índice de correlação desses pontos é 0,93, o que representa um bom nível de reprodutibilidade do ensaio JIC. Já o ensaio dc apesar de mais simples e menos trabalhoso, pode apresentar, por condição ensaiada, urna variação significativa. Verificou-se, ainda, que há urna relação bem definida entre os parâmetros JQ e dc sendo que, em média, a relação JQ / sy dc é 1,14. A espessura mínima, necessária à obtenção de JIC é da ordem de 14,6 vezes menor do que a necessária à obtenção de KIC. Por observação direta da superfície de fratura, do corpo de prova do ensaio JIC verificou-se que a região correspondente à "stretched zone" está razoavelmente contida dentro dos limites de valores estimados da largura dessa zona, através dos parâmetros JQ e dc / Abstract: This study deals with the elastic-plastic fracture toughness of sheet form (6.4 mm thickness) high strength aluminum alloys of the Al-6Zn-2Mg-xCu type - with three different copper content (1.0, 1.6 and 2.1 wt%), high purity (low Fe and Si content), with Zr as a recrystallization controlling agent and similar microstructures - in a wide interval of mechanica1 behavior obtained by varying the aging time (between 1 and 300 hours) at a temperature of 393 K (120°C). The results show, for these conditions, high mechanical strength associated with high fracture toughness and that the fracture toughness parameters JQ and ° are very sensitive to the aging time and copper content variation. For the alloys containing 1.6 and 2.1% Cu a continous decrease in JQ and dc with increasing aging times is observed; for the 1.0% Cu alloy decrease of JQ and dc is also observed for the under aging and maximum strength conditions but for long aging times these occurs an increase in these parameters. Pop-in behavior shows a tendency to increase for long aging times and is probably responsib1e for the very sensitive decrease of the parameters characterizing low crack propagation strength (dJ/da and tear modu1us). JQ and dc show a decrease with an in copper content. The JIC parameter can be well characterize the fracture thoughness of the alloys increase used to for the maximum strength and over aging conditions, showing a low level of scattering of the (?a, J) points in the R curve; the average correlation coefficient of these points is 0.93, indicating good reproductibility of the test resu1ts. The dc parameter, though less difficult to determine, can show some variation, depending on test condition. A close relationship between JQ and dc was observed; the average value of the ratio JQ / sy dc is 1.14. The minimum specimen thickness for JIC determination was seen to be about 14.6 times less than the minimum thickness for KIC determination. The observation of fracture surface of JIC specimens showed that the stretched zone width is in good accord with va1ues calcu1ated from JQ and dc values / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_OtavioFernadesLimada_D.pdf: 7409930 bytes, checksum: 185fd4df96219910c3927a54d59d777e (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

As propriedades mecânicas e metalúrgicas de uma junta soldada devem ser minuciosamente estudadas para que se possa qualificá-la para aplicação em engenharia. Assim, com o desenvolvimento de novos processos de soldagem torna-se necessário um estudo detalhado para determinação destas propriedades. Este é o caso da soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (Friction Stir Welding) em que, ao contrário das outras técnicas convencionais, a temperatura de fusão do material não é atingida durante o processo. Com isto, vários problemas que são relacionados às altas temperaturas desaparecem e, além disto, excelentes propriedades mecânicas são atingidas. Neste trabalho buscou-se verificar a influência de dois tratamentos térmicos (T 4 e T6) aplicados à liga de alumínio AA6056 soldada Fricção e Mistura Mecânica, principalmente nas diferentes regiões resultantes deste processo (zona termomecanicamente afetada, zona termicamente afetada e centro da solda). Para isto foram realizadas metalografias, ensaios de microdureza e ensaio de tenacidade à fratura em cada região. Os resultados indicam que o envelhecimento artificial altera a microdureza, mas não aumenta a tenacidade à fratura. Caso este envelhecimento for aplicado, recomenda-se fazê-lo antes do processo de soldagem para atingir uma maior tenacidade. / The mechanical and metallurgical properties of welded materiais must be completely understood to qualify it application. The development of new welding techniques requires a detailed study to determine it properties. This is the case of friction stir welding method (FSW) where the melting temperature is not reached in the weld zone in opposite of other conventional welding processes. The consequence is the disappearance of many problems related to high temperature and excellent mechanical properties. The aim of this work is to determine the influence of the T4 and T6 conditions in the fracture toughness of AA6065 aluminium alloy friction-stir welded, especially in the different zones resulting from the process (thermomechanically affected zone - TMAZ, heat affected zone - HAZ and nugget. The results indicate that the artificial aging modifies the properties but does not result in higher fracture toughness. lf T6 heat treatment is necessary it should be done prior to the welding process to achieve higher fracture toughness.

Este trabalho tem como objetivo avaliar fatores técnico-operacionais importantes na fabricação de peças pelo forjamento semissólido. Foi analisada a liga de alumínio AA7075. No estado semissólido o metal comporta-se como um líquido de alta viscosidade sob tensões de cisalhamento muito baixas, caracterizando o comportamento tixotrópico. Este processo também é chamado de tixoforjamento. Nestas condições ocorre um excelente preenchimento de matrizes que contenham formas complexas e com elevado índice de detalhes. Produtos acabados de alumínio (near net shape) com geometria complexa fabricados por tixoconformação já são empregados na indústria automotiva. Neste trabalho foram avaliados a influência da morfologia de sua microestrutura, a temperatura de forjamento e a velocidade de deformação. Os experimentos foram ainda controlados por análises metalográficas, ensaios de compressão uniaxial e ensaio de forjabilidade. Os resultados obtidos mostraram que o método de fabricação da matéria prima SWA® com fração de sólidos entre 40 e 60 % e uma velocidade de deformação entre 30 a 50 s-1 são os parâmetros mais adequados para o forjamento semissólido. / This work has as objective to evaluate important technical-operational factors in the production o f pieces for the semi-solid forging. lt was analyzed o f aluminum AA7075 alloy. In the semi-solid state a metal behaves as a liquíd ofhigh viscosity under low shear stress, it is characterizing the behavior thixotropic. This process is also called thixoforging. In these conditions an excellent filling of dies that contain complex shape and with high index of details. Thixoforming complex near net shaped products in aluminium alloys are already finding their ways in automotive applications. In this work they were appraised the influence of the morphology of its microstruture, the forging temperature and the strain rate. The experiments were still controlled by analyses metalográfic, upsetting and forgability test. The obtained results showed that the method of production of raw material SIMA, with fraction of solids of 40-60% and a strain rate among 30 to 50 s-1 are the parameters more adapteds for the semi-solid forging process.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7641_1.pdf: 1541919 bytes, checksum: cd995f52e749786b30152ba3fdaef2a3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / As chapas e folhas laminadas da liga de alumínio AA 8011 possuem, dentre outras propriedades, duas características mecânicas que normalmente não se encontram juntas em produtos laminados de outras ligas comerciais de alumínio. Trata-se da combinação de alta conformabilidade com boa resistência mecânicas. Estas características conferem extensa possibilidade de uso desta liga para a fabricação de produtos que vão desde embalagens alimentícias flexíveis até utensílios domésticos, componentes para industria automotiva e outros. As normas e padrões que definem os limites das propriedades mecânicas das chapas e folhas de alumínio, laminadas a frio e não tratáveis termicamente (ASTM B209M-01, NBR 7823 e Aluminum Association), não contemplam a liga AA 8011. A norma EN456-2 1996 contém os limites de propriedades mecânicas para esta liga, mas apenas para algumas situações: para folhas recozidas (têmpera O ) e encruadas (têmpera H18) de 0,006 mm a 0,089 mm e para as folhas nas outras temperas ( O , H12, H14, H16, H18) nas espessuras de 0,035 mm a 0,20 mm. O objetivo deste trabalho é levantar os valores de propriedades mecânicas de chapas de alumínio desta liga, a partir de determinadas condições termomecânicas que ainda não constam nas normas que tratam do assunto. Em outras palavras, neste trabalho será explorado o potencial termomecânico da liga, revelando informações adicionais ainda não referenciadas na bibliografia especializada. Serão levantados os valores de propriedades mecânicas e caracterizadas as microestruturas correlatas em diferentes seqüências térmicas. Desta forma será otimizado o compromisso entre a formabilidade e a resistência, para aumentar as possibilidades de aplicações desta liga. A matéria prima utilizada no estudo parte de nove amostras de lâminas com 5,0 mm de espessura obtidas diretamente do caster sob parâmetros distintos de solidificação. A influência dos parâmetros de solidificação sobre as propriedades mecânicas foi analisada. Cada amostra de lâmina foi deformada mecanicamente por laminação a frio para a obtenção de chapas nas espessuras de 2,0 mm, 1,0 mm e 0,5 mm. Estas chapas foram submetidas a tratamentos térmicos em temperaturas de 220°C a 400°C, em intervalos de temperaturas de 20°C, em um tempo fixo de 3,0h. Após o tratamento, as chapas foram novamente deformadas mecanicamente por laminação a frio para uma espessura final de 0,2mm. Finalizando a seqüência termomecânica, as amostras de espessura 0,2mm foram tratadas termicamente sob mesmo regime anterior. Através dos ensaios de tração em amostras de cada condição, em termos de níveis de deformação e tratamentos térmicos aplicados, foi possível caracterizar a condição e as propriedades mecânicas da liga. Alguns ensaios de embutimento foram feitos em amostras selecionadas a partir de pontos estratégicos (mudanças significativas nas propriedades mecânicas) da curva do comportamento mecânico da liga. Concluímos, através dos resultados obtidos com diferentes experimentos, que as propriedades mecânicas da liga estudada são extremamente sensíveis às seqüências termomecânicas empreendidas. Diferentes valores para as propriedades mecânicas das chapas desta liga podem ser produzidos a partir de seqüências termomecânicos distintas, levando à valores diferentes daqueles tradicionalmente obtidos por têmperas H1X (endurecimento por trabalho mecânico) ou por têmperas H2X (recuperação por tratamento térmico). Estas combinações possibilitam uma maior flexibilização no processo produtivo, preservando-se o compromisso entre a formabilidade e a resistência tendo-se em vista as especificidades de cada produto a ser fabricado com chapas ou folhas desta liga

A soldagem de ligas de alumínio sem degradação excessiva das propriedades originais do metal base apresenta-se como um obstáculo a ser superado pelas indústrias em seus processos de fabricação, uma vez que o alumínio tem sido usado cada vez de forma mais intensiva. Esforços têm sido feitos para melhorar as propriedades da união destas ligas, que quando soldadas por processos convencionais como MIG ou TIG, perdem muito de suas propriedades originais devido às elevadas temperaturas envolvidas. Processos de união que não envolvem fusão, como rebitagem ou mesmo colagem despontam como alternativas em se tratando da união de alumínio, especialmente no setor aeronáutico. Neste sentido, o processo de soldagem denominado Friction Stir Welding (FSW), vem ganhando espaço nas pesquisas e também na indústria. Neste processo, uma ferramenta de alta resistência mecânica e com um perfil especial é utilizada para, por meio de atrito com as peças a serem soldadas, gerar calor e misturar mecanicamente o material da junta, consolidando a solda. Este trabalho visa implantar o processo FSW utilizando uma fresadora universal de elevada rigidez na soldagem de chapas de alumínio AA 5052-H34 com 6,35 mm de espessura. Para tanto, três geometrias de ferramentas de soldagem foram projetadas, fabricadas e testadas, de forma a definir-se parâmetros de soldagem compatíveis com as condições fornecidas pela máquina fresadora, por meio de testes preliminares. Uma vez definidos estes parâmetros, juntas foram obtidas com as três geometrias de ferramenta disponíveis e posteriormente seus desempenhos foram comparados. Ensaios mecânicos de dobramento e tração, medição do perfil de microdurezas e análise macrográfica da seção transversal das soldas foram os métodos empregados na caracterização das propriedades resultantes. Em adição, soldas pelo processo MIG também foram obtidas e sujeitas às mesmas avaliações. Observou-se desempenho similar entre as três geometrias de ferramenta testadas, sendo que apenas uma destas produziu soldas com ductilidade significativamente inferior às demais. Em relação à tensão de escoamento, eficiências próximas de 80% foram alcançadas por duas das geometrias, sem perda expressiva da ductilidade original. O perfil de microdurezas das amostras soldadas pelo processo FSW não demonstrou grande variação ao longo da seção transversal, ao passo que as amostras soldadas através do processo MIG apresentaram zonas bem definidas devido à natureza do processo empregado. / Welding of aluminum alloys with no considerable degradation of the properties of the base metal is a problem to be overcome by industry manufacturing processes, once aluminum is being used more intensively nowadays. Efforts have been made to improve aluminum joint properties that, when welded by conventional techniques such as MIG or TIG, experience a loss in mechanical properties due to the high temperatures involved. No-melt joining processes such as adhesive bonding or riveting are often considered when it comes to aluminum joining, especially in aerospace applications. Alternatively a welding process named Friction Stir Welding (FSW) is receiving growing attention for its potential applications where heat must be minimized or when dissimilar metals must be joined. In this process a high strength rotating tool with a special profile is introduced at the interface of the materials to be joined and translated along the joint at controlled speeds. Heat generated softens the material and allows the tool to stir while traveling along the joint. This work aimed at producing welds on AA 5052-H34 plates, 6,35mm (0,25 inches) in thickness, using a milling machine. In order to do that, three tool geometries were designed, manufactured and tested so as to define which welding parameters generated the best results. Once these parameters were chosen, each tool produced three welds and their performance was evaluated. Transversal bending, tensile tests, micro-hardness measurements along the weld cross-section and macrographical analysis were carried out in order to assess weld properties. In addition, MIG welds were produced and subjected to the same test conditions. Considering yield stress as an efficiency parameter, all the tested tools presented similar results – around 80% of the base metal yield stress. On the other hand, when considering elongation or performance on transversal bending tests it was noticed that the conic pin tool was not able to produce sound welds under the chosen process parameters. These welds were characterized by the presence of a longitudinal groove, as observed in macrographic analysis. Micro-hardness measurements along FS weld cross-sections demonstrated a small variation between the different weld zones while on MIG cross-sections a higher variation in hardness values could be seen across the weld. Further MIG welds presented a larger heat affected zone than that of FS welds.

A soldagem das ligas de alumínio AA2024-T3 e AA7075-T6 sempre foi um obstáculo para indústria devido à alta suscetibilidade a trincas durante o processo de soldagem ao arco elétrico. Estas ligas são largamente utilizadas na indústria aeronáutica devido a sua alta resistência mecânica e baixo peso específico do alumínio, sendo que o método de união mais utilizado é a rebitagem. Com o advento da soldagem por FSW, surge uma nova oportunidade de união destas ligas sendo que os estudos apresentados até o momento demonstram excelentes propriedades mecânicas da junta. “Friction Stir Welding” – FSW é uma técnica de soldagem desenvolvida em 1991 pelo “The Welding Institute” (TWI) na Inglaterra. Esta solda tem a vantagem de ocorrer no estado sólido, que preserva as propriedades mecânicas das ligas, ao contrário dos métodos de soldagem convencionais que envolvem fusão e produzem, em grande parte, microestruturas com baixas propriedades mecânicas. No processo FSW uma ferramenta de alta resistência mecânica com um determinado perfil é rotacionada de forma a gerar atrito nas peças a serem soldadas. Este atrito gera calor suficiente para aumentar a ductilidade e misturar o material na junta, consolidando o mesmo, sem a ocorrência de fusão. O objetivo deste trabalho é determinar um conjunto de parâmetros através do processo FSW, para soldagem de chapas das ligas Alclad AA2024-T3 e AA7075-T6 com 1,8 mm de espessura, utilizando uma fresadora universal de alta rigidez. Para isso foram desenvolvidas duas geometrias de ferramentas para os quais um conjunto de parâmetros resultasse em soldas livres de defeitos. Uma vez obtidas estas soldas, as mesmas foram testadas através da medição de microdureza, ensaios de dobramento e tração para verificação das propriedades mecânicas resultantes comparadas ao do metal base. Observou-se que algumas juntas, dependendo dos parâmetros e da ferramenta utilizados, não demonstraram ductilidade adequada durante os ensaios de dobramento, embora não apresentassem defeitos na análise macrográfica. Da mesma forma, a resistência mecânica apresentada pelas mesmas atingiu no máximo 70% do metal base, demonstrando ser a técnica, uma boa alternativa a rebitagem. Por fim, para liga AA2024-T3, pode-se obter um conjunto de parâmetros que resultasse em uma solda com as propriedades finais desejadas, ou seja, livre de defeitos, ductilidade adequada e boa resistência à tração. / The welding of AA2024-T3 and AA7075-T6 clad aluminum alloys was always an obstacle to the industry due to cracking susceptibility during arc welding process. These alloys are largely used in the aeronautical industry because of their high mechanical strength and low density, being riveting the most widely used method to join them. The advent of friction stir welding (FSW) presents itself as a new opportunity to join these alloys and the present research demonstrates excellent mechanical properties of the joint. Friction stir welding is a welding technique that was developed in 1991 at The Welding Institute (TWI) in England. This welding method has the advantage to be a solid state process that preserves the mechanical properties of alloys, to the contrary of conventional fusion welding techniques that produce microstructures with low mechanical properties. In the FSW process a high strength tool with a given profile is rotated in order to generate friction in the parts to be welded. This friction generates enough heat to soften and stir the material, joining them without fusion. The objective of this work is to determine a set of parameters using the FSW process to weld a 1,8 mm thick AA2024-T3 and AA7075-T6 aluminum clad sheet using a stiff milling machine. For this purpose, development of two tool geometries with a set of parameters to obtain defect-free welded joints was utilized. These welded joints were investigated using microhardness, bending and tension testing to verify the mechanical properties in comparison with the base metal. It was noted that, dependent upon the parameters and tools used for welding, the joints did not show adeq uate ductility during the bending testing, even if the macrographic analysis demonstrate no defects. In the same way, the joint mechanical strength is 70% of base metal, showing that this technique is a good alternative for riveting method. Finally, for the AA2024-T3 aluminum alloy, it was obtained the desired properties for the joints, with no defects, good ductility and tension strength.

Soldagem a ponto por fricção é um processo que ocorre no estado sólido com alta eficiência energética, baixo custo de produção além de ser um processo ambientalmente limpo. Estes processos por fricção são uma alternativa a processos convencionais tais como solda ponto por resistência, rebitamento e "clinching". A Solda Ponto por Ficção e Mistura Mecânica, ou SPFMM, é uma excelente alternativa aos processos tradicionais de união, desde que é eficiente na união de ligas de alta resistência da indústria automotiva e aeroespacial como alumínio e magnésio, que são materiais que apresentam dificuldades na soldagem com a utilização de métodos convencionais através da fusão dos materiais envolvidos. A ausência de uma fase de fusão nesses processos elimina defeitos como porosidades, bolhas, rebaixos, inclusões e microestruturas indesejáveis, que freqüentemente aparecem na solda e zonas afetadas pelo calor em processos de soldagem por fusão. Estes materiais são interessantes, especialmente na indústria automotiva, devido a sua excelente relação de resistência/peso, onde a técnica já é utilizada apresentando redução drástica de custos de operação e aumento a resistência das juntas formadas. O processo de SPFMM consiste em uma ferramenta, que é uma combinação de um pino e um ombro que em rotação, penetra nas chapas formando uma junta sobreposta. Esta ferramenta rotativa ao penetrar utiliza elevadas cargas axiais. O contato do pino com regiões adjacentes e do ombro com a superfície superior da junta geram calor de fricção. Este calor de fricção promove a plastificação do material da junta, que ao mesmo tempo é misturado pelo pino consolidando, assim, a formação da junta. Após a remoção da ferramenta e fim do processo, um furo remanescente permanece no centro da solda. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência da utilização de diferentes perfis de ferramenta e diferentes velocidades de rotação sobre a soldagem e o comportamento mecânico de ligas de alumínio e magnésio soldadas pelo processo de SPFMM. Também buscou-se observar a influência da ferramenta sobre a variação do fluxo de material. As soldas foram realizadas com duas diferentes velocidades de rotação para o magnésio e três diferentes velocidades de rotação para as ligas de alumínio. E um total de doze combinações de quatro diferentes perfis de pino e três diferentes perfis de ombro foram utilizadas para a produção destas soldas. A taxa de penetração, profundidade de penetração e tempo de mistura foram mantidos constantes. A caracterização metalúrgica foi feita através de microscopia ótica, lupa e eletrônica de varredura. A caracterização mecânica das juntas foi feita através de ensaios de cisalhamento, perfis de microdureza e monitoramento de torque e força durante o processo de soldagem. Ainda foram realizadas análises do fluxo de material durante o processo. Foi possível observar uma tendência de aumentar a resistência mecânica da junta com a utilização de velocidades de rotação mais elevadas em ambos os materiais. A utilização de ferramentas com diferentes perfis apresentou diferenças representativas, porém com muita dependência da combinação de velocidade de rotação, pino e ombro utilizados. / Friction based spot welding are processes that occurs in solid state with high energy efficiency, low costs and environmentally friend. These processes provide an alternative to conventional spot joining methods as resistance spot welding, riveting and clinching. Friction Stir Spot Welding is a good alternative to traditional spot joining processes since it is able to join high strength aerospace and automotive alloys like aluminum and magnesium, which are difficult to join by conventional fusion. The absence of melting during welding avoids defects like porosity, inclusions, and undesired microstructures, that are frequently observed in fusion weldings. These materials are interesting especially regarding the automotive industry, because of its mechanical strength/weight relationship, where the technique is already in use with drastic reducing of operating costs and increasing in joint mechanical strength. The SPFMM process consists in a rotating tool comprised of a pin and a shoulder that penetrates into two overlap positioned sheets. The tool displaces and plasticize the adjacent material and provide the joint consolidation leaving a keyhole after tool removal and the process is finished. The aim of this work was to evaluate the influence of different tool profiles on the metallurgical and mechanical behavior of friction stir spot welded joints of aluminum and magnesium alloys. The joints were performed with two different rotation speeds for the magnesium AZ31 samples and with three different rotation speeds for the aluminum AA6181-T4 samples and twelve combinations of three different shoulders and four different pins. The plunge rate, plunge depth and dwell time were kept constant. The metallurgical characterization was performed using optical and scanning electron microscopy. The mechanical performance of the joints was evaluated in terms of microhardness profiles and shear test. It was possible to observe a tendency to increase the mechanical strength with the usage of higher rotational speeds for both materials. The usage of different tool profiles also presented different mechanical performance, but it’s strongly influenced by the combination of rotational speed, pin and shoulder.