Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:22:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SpimJunior_JaimeAlvares_D.pdf: 14375446 bytes, checksum: 31f6fc15670838232973caf398155029 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se um modelo matemático tridimensional que permite a análise integral da solidificação, bem como o respectivo desenvolvimento das ferramentas computacionais referentes às aplicações práticas deste. Aferiu-se o respectivo modelo com resultados experimentais, obtidos nos laboratórios de pesquisa da universidade e em peças de escopo industrial, dentro das quais observou-se resultados satisfatórios com a realidade fisica dos sistemas estudados. Tais resultados servem como apoio ao desenvolvimento de projetos qualificados dos referidos sistemas bem como permite posteriormente a aplicação do mesmo modelo em peças de qualquer geometria e diferentes tipos de materiais. Posteriormente apresenta-se técnicas para o desenvolvimento de interfaces de programas, dentro das quais expõe-se os principios fundamentais para elaboração de bons programas de aplicação prática. Os resultados deste trabalho são de importância nos estudos futuros envolvendo técnicas de inteligência artificial, sistemas de controle, aplicações em sistemas de fundição com controle on-line via programas de computador e sistemasCAD/CAM / Abstract: In this work a three dimensional mathematical model was developed which permifs the integral analysis of the solidification process, as well as the necessary computer tools for practical applications. The model predictions were compared to experimental results obtained in the university laboratories, as well as in foundry industries and a good agreement was observed. Such results enable future applications of the developed model in qualified-projects of foundry systems, and in the analysis of solidification of complex shapes and different materials. Finally some techniques which permits optimizations in the development of computer programs are discussed. The resuIts obtained in this work are important for future research activities involving artificial intelligence techniques, control systems, applications of on line control in foundry systems, CAD/CAM, etc / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T12:42:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_MiriandeLourdesNoronhaMotta_D.pdf: 21146275 bytes, checksum: a39710fa14a32f201f69466fbe1cfc46 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise numérico/experimental da formação de microporosidades interdendríticas durante a solidificação de ligas. Desenvolveu-se um modelo numérico, baseado no método de diferenças finitas, que é aplicado para a simulação do processo de solidificação unidirecional. Este modelo permite a determinação dos principais parâmetros térmicos (perfis de temperatura, fração de sólido, coeficiente de transferência de calor na interface metal/coquilha, gradientes térmicos, taxas de solidificação, posição das isotermas solidus e liquidus, velocidade de deslocamento das isotermas, tempo local de solidificação) e parâmetros estruturais tais como espaçamentos interdendríticos primários e secundários. O modelo permite também, a determinação de parâmetros diretamente relacionados com a previsão da formação das microporosidades, como exemplo a permeabilidade dos canais interdendríticos e a solubilidade do hidrogênio dentro da zona pastosa. A previsão da formação de microporosidades leva em consideração simultaneamente os efeitos da contração da liga e da evolução do hidrogênio resultante da diferença de solubilidade do mesmo, nas fases líquida e sólida, durante a solidificação. Neste trabalho apresenta-se ainda, um estudo comparativo da influência das variações das principais propriedades termofísicas da liga Al-4,5%Cu nos perfis de temperatura, na previsão microestrutural, e na formação de microporosidades. Objetivando-se a comprovação e otimização do modelo desenvolvido, foram realizados ensaios experimentais empregando-se a liga Al-4,5%Cu, usando um forno especialmente construído, para solidificação unidirecional juntamente com um sistema de aquisição de dados computadorizado, e medidas in situ do teor de hidrogênio no metal líquido. Através de microscopia ótica, obtiveram-se medidas dos espaçamentos interdendríticos primário e secundário, incluindo também a determinação das dimensões, localizações e volume percentual das microporosidades. O modelo permite estabelecer o teor de gases e as condições térmicas ideais para minimizar a formação das microporosidades / Abstract: Microporosity formed during solidification in casting is one of the major problems which deteriorates the quality of the cast products. Many studies have been reported about this kind of defect. This study presents a numerical and experimental analysis of interdendritic rnicroporosity formation during solidification of metallic alloys. A numerical model was developed, based on the enthalpy approach and the finite difference method, to simulate the unidirectional solidification. This model permits the deterrnination of the main thermal parameters: temperature profiles, solid fraction, thermal gradients, solidificationrate, solid and liquid isotherms positions, isotherms velocities, local solidifacation time, and the structural parameters: primary and secondary arm spacing. The model developed also the deterrnination of the parameters directly related with the prediction of rnicroporosity formation, for example: the permeability of interdendritic channels and hydrogen solubility inside the mush zone. Microporosity prediction considers both the alloy shrinkage during solidification and the hydrogen evolution due to its solubility difference in solid and liquid phases. The positions, dimensions and percent volume of rnicroporosity was calculated by the model. A study is reported on the influence of thermophysics properties variations of Al-4,5%Cu alloy on the model results. Experiments were performed to validate the model results. The experiments with unidirectional upward solidificationwere monitored by a temperature acquisition system and by "in situ" measurement of hidrogen content in the liquid metal. The variable heat transfer coefficient at metallchill plate interface was calculated using the temperature profiles.The primary and secundary dendritic arm apacings, positions and dimensions of rnicroporosiy were deterrnined by optical rnicroscopy. The rnicroporosity percent volume was measured by the image analysis system. Good agreement of experimental deterrnined results amd numerical model calculations were obtained. The model can be used to establish the gas content and thermal condition adequate to rninirnize the microporosity formation in casting of metallic alloys / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T00:57:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_CarlosAlexandredos_M.pdf: 8099685 bytes, checksum: 057758332ab5622072aab31f5866c60a (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A estrutura, e consequentemente as propriedades de uma peça fundida, dependem das condições térmicas durante a solidificação, ou mais precisamente das taxas de resmamento, que por sua vez dependem das resistências térmicas metal/molde e molde/ambiente. O objetivo principal deste trabalho consiste na análise do processo de solidificação através de ferramentas matemáticas e, por meio de um confronto teórico/experimental de perfis de temperatura, caracterizar o fenômeno de transferência de calor nas interfaces metal/molde e molde/ambiente. Na análise experimental, utilizaram-se sistemas que permitiram a retirada de calor na forma unidimensional e bidimensional, utilizando-se como liga de trabalho Sn 10% Pb e moldes de aço e cobre com diferentes espessuras e acabamento de usinagem convencional em suas paredes internas. Os perfis de temperaturas gerados foram confrontados com os perfis simulados através de um modelo numérico de diferenças finitas, determinando assim a variação das condutâncias térmicas nas interfaces. Obtidos os valores dos coeficientes de transferência de calor das interfaces em questão, aplicou-se o modelo na simulação da solidificaçãode peças de geometria simples sob a condição simultânea de diferentes taxas de retirada de calor em direções distintas, confrontando os resultados simulados com os experimentais, demostrando, desta forma, a eficiência e maleabilidade do modelo utilizado / Abstract: The microstructure and properties of castings depend on cooling conditions during solidification,or more precisely, on cooling rates and consequently on the thermal resistance of metal/mould and mould/environment interfaces. The main objective of this work consists on analysing the solidification process by using mathematical tools, and on the characterisation of heat flow at these interfaces by fitting experimental and simulated temperature profiles. The experiments were carried out in unidirectional and bidimensional conditions, by using Sn 10% Pb as the standard material, and copper and steel moulds with variable thickness. The experimental temperature profiles were fitted to those simulated by a numerical model based on a Finite Difference Technique, and the variations of interface heat transfer coefficients were determined. By using these heat transfer coefficients simulations were performed by the numerical model in order to predict the progress of solidification under conditions of different directional cooling rates. The model has proved to be efficient and versatile / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Rubens Caram Junior, Sergio Gama / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T15:57:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mota_MarilsaAparecida_M.pdf: 2948655 bytes, checksum: e2a5c838f65f3f962ba2cb717ae78092 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Ligas eutéticas constituídas por fases intermetálicas, com alto ponto de fusão, apresentam-se promissoras para aplicação industrial como materiais estruturais. Um sistema com potencial para a obtenção desses materiais estruturais é aquele formado pelos elementos Fe, Al e Nb, que apresenta estrutura eutética formada pela fase (FeAl)2Nb embebida na solução sólida (FeAl). Dependendo das condições de solidificação, a estrutura eutética pode ser alterada significativamente, o que permite exercer o controle da microestrutura final, para a obtenção de compósitos in situ. No presente trabalho, inicialmente realizou-se a análise do diagrama de fases Fe-Al-Nb, com o objetivo de determinar o vale eutético (Fe) + Fe2Nb para adições de Al entre 20 e 50% at. Em seguida, a influência da taxa de crescimento na microestrutura de solidificação foi analisada através da técnica de solidificação direciona! com aquecimento indutivo em atmosfera de argônio. Através da caracterização por microscopia óptica e eletrônica, duração de raios-X e análise térmica diferencial, foram obtidas estruturas eutéticas para as composições, Fe67Al22,8Nb9,7, Fe49,7Al41,2Nb9,1 e Fe47Al45Nb8. Finalmente, através da utilização de ensaios de compressão e dureza, foram avaliadas algumas propriedades mecânicas das ligas solidificadas direcionalmente / Abstract: Eutectic alloys formed by high melting point intermetallics phases, as in the case of the system formed with Fe, Al and Nb elements are promising material to be used as structural materials. This system presents eutectic structures formed by (FeAl)2Nb phase surrounded by (FeAl) solid solution. Depending on solidification conditions the eutectic structures can be significantly changed. This fact allows one to control the final microstructure, which permits to obtain in situ composites. In this work, firstly the analysis of the Fe-Al-Nb phase diagram was carried out. The aim of this study was to determine the eutectic valley (Fe) + Fe2Nb with of AI content from 20 up to 50 at.%. Following that, the influence of growth rate was investigated using the directional solidification technique, with inductive heating and under argon atmosphere. The eutectic structures compositions, Fe67Al22,8Nb9,7, Fe49,7Al41,2Nb9,1 and Fe47Al45Nb8, were determined using optical and scanning electron microscopy, x-ray diffraction and thermal analysis. Finally in order to evaluated the mechanical behavior of these eutectics, compression and microhardness tests of directionally solidified samples were performed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T16:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zanotello_Marcelo_M.pdf: 5541991 bytes, checksum: da186b3658beeda8b47829f1746ec705 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: o crescimento direcional da liga eutética Sn-Se permite obter estruturas orientadas dos compostos SnSe e SnSe2, arranjados na forma de lamelas e com características semicondutoras do tipo p e n, respectivamente. A microestrutura de solidificação de ligas eutéticas é profundamente dependente da distribuição de soluto junto ao líquido interfacial e conseqüentemente, do nível de superesfriamento da interface sólido/líquido. No presente trabalho, a liga Sn-Se, correspondente à composição eutética, foi investigada através da técnica de análise térmica diferencial e por meio de experimentos de solidificação direcional em um equipamento Bridgman-Stockbarger. O objetivo dos experimentos foi examinar o efeito das condições de crescimento no superesfriamento da interface durante a transformação eutética e na microestrutura de solidificação. Os resultados obtidos permitiram a proposição de relações entre taxa de crescimento, temperatura eutética de crescimento e espaçamentos lamelares / Abstract: The Sn-Se eutectic solidification allows one to obtain a lamellar structure, formed by SnSe and SnSe2 compounds, which are p and n semiconducting types, respectively. The SnSe-SnSe2 eutectic composite is a promising material to be used in photovoltaic device manufacturing. In this work, the Sn-Se alloy corresponding to eutectic composition was studied by using DSC thermal analysis and directional solidification at several growth rates in a vertical Bridgman-Stockbarger unit. The objective of the experiments was to investigate the influence of the growth rate on the growth undercooling, as well as on the eutectic microstructure. The microstructure analysis .showed that a very regular and aligned structure formed by the SnSe and SnSe2solid phases can be produced. The results obtained led to the evaluation of a relationship among growth rates, eutectic growth temperature and lamellar spacing / 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 2018-07-26T12:27:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_SarahSophiaAlvesde_M.pdf: 10957843 bytes, checksum: fa10a2cf3839850da709b49e94eba9c3 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Este trabalho compara dois distintos processos, agitação mecânica (RAM) e fusão parcial controlada (FPC) para a obtenção de estruturas no estado reofundido para a liga Al-4,5%Cu. Para a RAM é utilizada agitação contínua durante resmamento da liga de 640°C a 630°C com velocidades de 1000rpm e 1500rprn, seguida ou não de agitação isotérmica a 630°C por tempos de 5 e 15 mino No processo de FPC foram feitos tratamentos térmicos a 620°C e 630°C por tempos de O, 5 e 15min de matéria-prima com estruturas dendríticas refinada ou grosseira. Os reofundidos obtidos foram submetidos à análise metalográfica e microanálise, para caracterização de morfologia de fases (fator de forma), tamanho médio de glóbulos, perfil de soluto e Índice de segregação. Os resultados obtidos mostraram uma melhor globularização e homogeneidade estrutural para os reofundidos obtidos pelo processo de FPC de estruturas refinadas. A RAM produziu estruturas reofundidas de boas qualidades apenas nas condições extremas de velocidades e tempos de agitação analisadas (máximos tempo e velocidade ou mínimos tempos e velocidade). A FPC de estruturas dendríticas grosseiras produziu os piores resultados, bem como a RAM nas condições intermediárias de tempos e velocidades de agitação analisados / Abstract: This work compares two processes, mechanical stirring (MS) and partial melting (PM) for the production of Al-4,5%Cu alloy with rheocast structure. For MS it was utilized continuous stirring ftom 640°C to 630°C, speeds of 1000 and 1500rpm., followed by isothermal stirring at 630°C during 5 and 15min. In the PM process two different raw materials (coarse and refined as-cast) were heat treated at 620°C and 630°C for 5 and 15min. Rheocast samples produced were submitted to metallografic analysis and microanalysis, for characterization of primary phase morphology (shape factor), Cu profile in the primary phase, microsegregation coefficient and average globulae size. Results show the best spheroidization and structural homogeneity in the rheocasts produced by PM of originally refined material. MS produced acceptable results only in the extreme conditions analyzed (maximum stirring speed and time/minimum stirring speed and time). PM using coarse structures as raw material produced the worse results, as well as RAM in the intermediate conditions of stirring time and speed analyzed. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Durante a realização de projetos de sistemas de refrigeração assistidos por sistemas de armazenagem de energia, na forma latente, é necessário que se saiba de antemão as taxas de transferência de energia dos mesmos. Na literatura soluções para este problema são escassos e não abordam todas as geometrias utilizadas para o armazenamento de energia latente, inexistindo correlaçõesmatemáticas que permitam aos projetistas prever o comportamento da fusão e da solidificação do material de mudança de fase (MMF) e as taxas de transferência de energia térmica. Na solução destes problemas são usualmente adotadas hipóteses simplificativas para amenizar o grau de complexidade da descrição matemática do problema Uma destas hipóteses constitui-se em desconsiderar o processo advectivo na transferência de calor no MMF, em sua fase líquida. Outra hipótese adotada, quando o MMF é a água pura, consiste em utilizar um comportamento linear para a massa específica ou um comportamento médio, consistindo em um afastamento da realidade. Este trabalho descreve esforços no sentido de aproximar estas soluções cada vez mais da realidade fisica do problema. São apresentadas simulações para a mudança de fase da água pura levando em conta a inversão da massa específica, em geometria polar, na forma transiente, utilizando o método de Volumes Finitos para solução das equações governantes. As soluções apresentadas, otimizadas quanto às malhas espacial e temporal, envolvem condições de contorno de primeira e terceira espécies Como resultado das soluções são apresentados o Nusselt local, ao longo da parede do cilindro além do Nusselt médio. Correlações matemáticas para o número de Nusselt médio durante a fusão e para o volume de MMF fundido, são propostos e apresentados. A evolução geométrica da fronteira de mudança de fase também é avaliada para as duas condições de contorno e diversos números de Rayleigh. Comparações entre o volume fundido considerando apenas o processo difusivo e o volume fundido utilizando a convecção são realizadas. Para a verificação da independ~encia de malha aplica-se o índice de convergência de malha (GCI) . Algumas comparações qualitativas com soluções experimentais disponíveis na literatura são apresentadas.

As propriedades das peças produzidas por fundição dependem principalmente da macroestrutura final de grãos. A modelagem matemática da solidificação de ligas metálicas com o objetivo de prever a macroestrutura de grãos sofreu avanços muito importantes nas últimas décadas, porém os modelos matemáticos chamados de determinísticos até hoje não são capazes de modelar o crescimento individual dos grãos durante todos os estágios da solidificação. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático multifásico e multigrãos capaz de simular a solidificação equiaxial de ligas binárias. As equações deste modelo foram construídas com base nas equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas. A característica que distingue o modelo implementado neste trabalho de outros modelos publicados na literatura é a consideração individual de grãos de diferentes tamanhos e a consideração do crescimento dendrítico ou globulítico. As equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas são resolvidas separadamente para cada classe de tamanhos de grão. Os resultados obtidos pelo presente modelo foram comparados com um modelo que considera os grãos individualmente, mas que só é capaz de simular os instantes iniciais da solidificação, em que a morfologia dos grãos é globulítica. Posteriormente foi realizada uma comparação com um modelo de solidificação equiaxial com muitas características semelhantes às do presente modelo, mas que não considera individualmente grãos de diferentes tamanhos. Foi realizada uma análise paramétrica do presente modelo, que posteriormente foi utilizado para tentar reproduzir resultados obtidos experimentalmente por diversos autores. Os resultados obtidos mostram que o modelo matemático proposto é capaz de simular todo o período de solidificação, incluindo a solidificação dendrítica ou globulítica, monitorando individualmente o crescimento de grãos com tamanhos diferentes. Os resultados obtidos pelo modelo implementado no presente trabalho reproduzem quase que exatamente as curvas de resfriamento e a previsão de tamanho de grão médio obtidas por um modelo que considera os grãos apenas de forma média. O modelo desenvolvido apresentou resultados próximos aos resultados experimentais para a previsão do tamanho de grão médio e para a distribuição de tamanhos de grão final em uma amostra de alumínio comercialmente puro inoculado com Al- 5%Ti-1%B. / Properties of components obtained by solidification processes depend strongly on the final grain structure. In the past few decades, there has been a significant breakthrough in the mathematical modeling of metallic alloy solidification to predict the grain macrostructure. Nevertheless, the so-called deterministic models are still not capable of modeling the individual growth of grains throughout the solidification time. The objective of the present work it to propose, implement, and evaluate a multiphase and multigrain mathematical model of equiaxed solidification in binary alloys. The equations of the model are based on the macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species. The main feature that distinguishes the present model from other models available in the literature is the consideration of the growth of individual grains of different sizes, and of the dendritic or globulitic growth. The macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species were applied separately to each class of grains of different sizes. The results obtained from the present model were compared with those from a model that also simulates the individual growth of grains, but was developed only for the early stages of solidification, during which there is globulitic growth. Next, the results were compared with those from a similar model, but which does not consider the individual growth of grains, following only a grain of average size. A parametric analysis was carried out with the present model, which was later used to simulate different experiments presented by several authors. The model was capable of simulating several phenomena, including the globulitic and dendritic growth for each class of grain, during the whole solidification time. The results obtained with the present model reproduce very accurately the cooling curves and the prediction of grain size obtained from a model that considers only a grain of average size. The present model results are in close agreement with measurements of average grain size and grain size distribution in an commercially pure Al with different additions of Al-5%Ti-1%B.

Orientador : Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T18:58:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DutraJunior_AntonioTeodoro_M.pdf: 6648133 bytes, checksum: 69f0be62f69e4ac0802712e9f6cda1d2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas características químicas, mecânicas e físicas em níveis aceitáveis, mesmo em temperaturas acima de 10000 C. Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e permite obter um material compósito in situ, com microestrutura alinhada e finamente dispersa, diretamente do material fundido através da técnica de solidificação direcional. No presente trabalho, ligas dos sistemas Ni-Si e Ni-Si-X (Nb, AI, Cu) foram obtidas e processadas. Inicialmente, amostras desses sistemas foram analisadas em relação à microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de identificar composições associadas a estruturas eutéticas. Em seguida, tais ligas foram solidificadas direcionalmente através da técnica Bridgman em forno com aquecimento indutivo. A caracterização das ligas, além de microscopia óptica e eletrônica de varredura, incluiu o emprego de técnicas de análise térmica, difração de raios-X, ensaios mecânicos: ensaios de dureza, compressão e tração, e análise das superfícies de fratura. Os resultados obtidos indicam que a solidificação direcional do eutético Ni-NhSi resulta em uma microestrutura regular, lamelar, alinhada com a direção de extração de calor. Os ensaios mecânicos mostraram que um material compósito de alta resistência mecânica e razoável ductilidade foi obtido. As análises das superfícies de fratura revelaram que estas ligas apresentam fratura transgranular do tipo frágil / Abstract: The fabrication of the structural components for the application in high temperatures and aggressive environments requires the use of materials that retain their chemical, mechanical and physical properties within the proper limits, even above 1000°C. In diverse systems, eutectic structure exhibits inherent thermal stability and permits obtaining an in situ composite, with the aligned and finely dispersed structure, directly from the melt through the directional solidification technique. In the present work, alloys from the Ni-Si and Ni-Si- X (Nb, AI, Cu) were obtained and processed. Initially, samples from these systems were analyzed with regards to solidification microstructure in as-cast condition by using conventional metalographics techniques, with the objective to identify compositions related to eutectic structures. Subsequently, such alloys were directionally solidified using Bridgman tec1mique in an inductive heating furnace. Alloy characterization included, besides the optical and scanning electron microscopy, the use of thermal analysis techniques, X-ray diffraction, mechanical tests like micro hardness, compression and tension, as well as fractography. The obtained results indicated that the directional solidification of the Ni-NhSi eutectic results in a regular microstructure with lamellar morphology, aligned with the direction of heat extraction. Mechanical testing showed that a high strength composite material with a satisfactory ductility was obtained. The fracture surface analysis revealed that these alloys fracture transgranularly in a fragile mode / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T07:38:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_WiltonWalter_D.pdf: 23488384 bytes, checksum: f21cb39c0c872caf16e03e75701ac4d2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: O composto intermetálico NiAl exibe propriedades que fazem dele um candidato potencial para ser utilizado como material estrutural em temperaturas elevadas, quais sejam: alto ponto de fusão, elevada resistência mecânica e à oxidação em altas temperaturas, baixa densidade e elevada condutividade térmica. Entretanto, o NiAl possui baixa tenacidade à fratura à temperatura ambiente e baixa resistência à fluência. Uma das formas de contornar tais deficiências consiste em sua combinação com metais refratários dentro de uma transformação eutética, o que permitiria obter materiais compósitos do tipo in situo Neste trabalho foram investigadas transformações eutéticas nos sistemas NiAl-MR (MR=Mo, Nb, Ta, W). Inicialmente, amostras desses sistemas foram preparadas através de fusão a arco e caracterizadas com o objetivo de determinar composições e temperaturas eutéticas, bem como a natureza das microestruturas resultantes. Em seguida, ligas eutéticas dos sistemas NiAl- Ta e NiAl-Mo foram solidificadas direcionalmente em um forno de indução Bridgman. Os resultados obtidos mostraram que apenas o sistema NiAl-Mo produziu microestruturas eutéticas regulares e orientadas na direção de extração de calor. Com o objetivo de avaliar o efeito de outros elementos na microestrutura eutética do sistema NiAl-Mo, foram adicionadas a esse eutético quantidades variáveis dos Cr, Nb, Ta, Ti e V. Os resultados indicaram a formação de precipitados e quebra da regularidade da estrutura eutética. Amostras das ligas NiAl e NiAl-Mo foram caracterizadas mecanicamente, verificando-se que o comportamento mecânico do NiAl é aprimorado com sua combinação com o Mo. Finalmente, amostras da liga eutética NiAl-Mo foram recozidas em altas temperaturas por diferentes períodos de tempo. Os resultados obtidos indicam que a liga NiAlMo possui boa resistência à oxidação e ótima estabilidade microestrutural em temperaturas altas / Abstract: The intermetallic compound NiAl shows interesting properties that make it a candidate to be used as a high temperature structural material. These properties are high melting point, high strength, good oxidation resistance at high temperatures, low density and high thermal conductivity. However, NiAl presents low fracture toughness at room temperature and low creep resistance. A way to overcome such deficiencies is to alloy it with refractory metals for promoting eutectic reactions, in order to generate in situ composite materials. In this work, eutectic transformations in the NiAl-MR (MR=Mo, Nb, Ta, W) systems were investigated. Initially, samples of these systems were arc melted and characterized in order to determine compositions and eutectic temperatures, as well as the nature of the resultant microstructures. Afterwards, eutectic alloys of the systems NiAl-Ta and NiAl-Mo were directionally solidified using a Bridgman induction furnace. Results showed that on1y the NiAl-Mo system produced regular eutectic microstructures that were oriented in the heat extraction direction. In order to evaluate the effect of other elements in the eutectic microstructure of the NiAl-Mo system, additions of Cr, Nb, Ta, Ti e V were also made. Precipitated particles were identified as well as irregular regions in addition to the eutectic microstructure. Samples of the NiAl and NiAl-Mo alloys had their mechanical properties evaluated, allowing to conclude that the mechanical behavior of NiAl improves when it is alloyed with Mo. Finally, samples of the eutectic alloy NiAl-Mo were annealed for different periods of time. The results indicate that the NtAl-Mo alloy presents good oxidation resistance and excellent microstructural stability at high temperatures / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica