Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Processos de deformação plástica severa têm sido utilizados atualmente como uma proposta de formação de materiais com grande refino estrutural, como também para a consolidação de materiais particulados, sem a necessidade de sinterização. Entre os processos disponíveis, pode-se citar o de extrusão em canal angular (ECA), o qual permite o processamento de diferentes misturas, inclusive materiais metálicos com não metálicos, para a geração de compósitos de base metálica. Assim, neste trabalho foi avaliado o comportamento do alumínio e da inserção de nanotubos de carbono (NTC’s) durante o processo de deformação, principalmente no que tange à dispersão destes últimos. Para tal, 0,75% (massa) de NTC’s foram dispersos em isopropanol utilizando um ultrassom de ponteira (ultrassonicador) e misturados com alumínio em pó. Após evaporação do álcool, a mistura Al+NTC’s e alumínio puro foram compactados a frio com pressão de 400 MPa para obter uma préforma medindo (4,8x4,8x25,0) mm3. Estas pré-formas foram então submetidas à extrusão em canal angular (Φ = 90°) em temperatura ambiente. Foi avaliada a influência da presença de NTC’s, do número de passes de extrusão (0, 1, 3), da rota de extrusão utilizada (A e BC) e do uso de contrapressão (0-65MPa) na densificação, microestrutura e propriedades mecânicas. As microestruturas foram avaliadas via microscopia óptica e eletrônica de varredura, onde foram observadas a morfologia dos grãos da matriz de alumínio, dispersão dos NTC’s e porosidades. Os resultados indicaram que a densidade e dureza são incrementadas com o aumento do número de passes e do uso de contrapressão durante a extrusão. As micrografias indicaram o alinhamento dos grãos da matriz e dos aglomerados de NTC’s no sentido próximo ao do cisalhamento imposto pela ECA e refinamento microestrutural.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4536.pdf: 4674986 bytes, checksum: d397f49cbb44b8bd987d08c68c7a7870 (MD5) Previous issue date: 2012-08-29 / Universidade Federal de Sao Carlos / The present work describes the design, construction and testing of an equal channel angular pressing (ECAP) die characterized by rectangular cross section channels. The main parameter of the ECAP dies is the geometry of the channels, given by the angle trough which they meet, and the curvature radii at this point. The material employed in the experiments was an Al AA1050, 7 mm thick plate. The main motivation of the project is to produce the tooling necessary for the production of samples to be employed in future studies, directed to the crystallographic texture change of the above named material so as to improve its deep drawing behavior. Indeed, there are indications that both asymmetrical rolling and ECAP processing can minimize unfavorable textures. This present investigation is composed by two sequential and complementary subprojects: (i) Numerical analysis by finite elements (FEM) of the simultaneous and independent variation of the external (R) and internal (r) curvature radii at the channels intersection, plus experimental validation, a procedure that seeks to minimize the deformation heterogeneity of the billet. Using a Pb-62% alloy twelve R-r combinations were tested and simulated, keeping constant the angle at the channels intersection. Also, the phenomenon known as "corner gap" (a detachment of the billet from the outer channel wall) was analyzed and its influence on the billet equivalent deformation determined. (ii) From the results obtained on subproject (i), and additional considerations, an ECAP die for flat billet processing was designed and constructed HAVING R =3 AND r = 0. Using FEM simulation the equivalent strain distribution was mapped for plates subjected to one and four passes. Experimental validation of such maps was carried out employing Vickers microhardness measurements of the viii plate cross section. The evolution of the tensile properties and grain size confirmed the good performance of the ECAP die design. / O presente trabalho descreve o projeto, construção e testes de uma matriz de Extrusão em Canal Angular (ECA) dedicada ao processamento de amostras em forma de chapa. O parâmetro construtivo fundamental de uma matriz deste tipo é a geometria dos canais, especialmente o ângulo de encontro dos mesmos e os raios de curvatura nesse ponto. O material de trabalho empregado é o Al comercial AA1050. A motivação deste projeto é prover o ferramental necessário para produção de amostras que serão utilizadas em estudos futuros dirigidos à alteração da textura do material acima nomeado, visando melhorar sua conformabilidade. De fato, há indicações que a laminação assimétrica e o processo ECA podem alterar texturas desfavoráveis. A presente investigação é composta por dois subprojetos sequenciais e complementares: (i) Análise numérica por elementos finitos (EF) da variação simultânea e independente dos raios de curvatura externo (R) e interno (r) no ponto de encontro dos canais, e validação experimental. Objetiva-se com isso maximizar a homogeneidade de deformação equivalente do material. Utilizando a liga Pb- 62%Sn como material de trabalho foram simuladas e testadas doze combinações R - r, mantendo constante em 120o o ângulo de encontro dos canais. Foi também examinado em detalhe o fenômeno do corner gap (descolamento do tarugo da parede externa do canal), e determinada sua influência na distribuição da deformação equivalente. (ii) Em base aos resultados obtidos no subprojeto (i), e outras considerações foi realizada uma matriz ECA para processamento de placas de AA1050 com R = 3 e r = 0. Por EF foi determinada a distribuição de deformação efetiva após um e quatro passes ECA cuja comprovação experimental foi realizada via mapeamento da microdureza Vickers no plano transversal da chapa. A simulação numérica foi satisfatoriamente validada e o bom funcionamento desse projeto de matriz foi comprovado na prática pela evolução da resistência mecânica e tamanho de grão.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Aparecida Farias.pdf: 6839448 bytes, checksum: d86819dd1de8464678930b61469c884f (MD5) Previous issue date: 2009-12-11 / A duplex stainless steel with austenitic–ferritic structure, type S32205/S31803 was submitted to equal channel angular pressing, whose is based on very severe plastic deformation, at relatively low temperature, with no change in the dimensions along transversal section of the material. The processed material was heat treated at 1000° and 1200°C during 7.5, 15, 30 and 60 minutes, in order to evaluate the recovery aspects and recrystallization steps of the severely deformed duplex steel. The die was manufacturing from SAE 1045 steel (cemented, quenched and annealed) and heat treated and the plungers from tool steel. The extrusions were conducted at room temperature, using a universal type mechanical test machine, according three different pressing speeds: 1.5, 6.0 and 12.0 mm/min. The processing stress increase continuously during extrusion by friction forces between sample and die walls and very high pressing stress level was reached. The results show the increase of stress according to increase of speed processing. For 1,5 mm/min processing speed, the second pass could be done with maximum reached stress close to 3GPa. The friction forces promoted a very heterogeneous deformations process along the samples sections with increase of hardness from 257HV (start material) to 575HV (highest deformed point). This effect was observed by grains morphology and orientations changes after processing and along the sample dimensions. In the as heat treated samples surfaces two distinct structures type formation was verified with small surfaces positioned with well defined angles near of 90° and 109° between itself. The region with 90° between surfaces show a lot of cubic form structure probably as a consequence of dislocation pile up annihilation on the surface of body-centered-cubic phase (ferrite). In this crystalline structure, the slip system occurs mainly in the {110} planes which have 90º between then. In another side, the slip planes of face-centered-cubic structure slip systems (planes {111}) make 109º angles between then and consequently, dislocation annihilation on the surface may result in structures with this angles on the austenite regions. Sample surface observations detected “roof like” morphology with a well defined near 109º structures which suggest the dislocation annihilation on austenite. Another structure detected on the sample surface was the cold induced martensite. The preliminary evaluation of recrystallization of some processed and treated samples, at 1000°C for 7,5, 15 and 30 minutes identified located points of recrystallization in the grain contours. With increase of the time of heat treatment from 7,5 to 15 minutes, increase of recrystallization nuclei was detected, whereas after treatment of 30 minutes verifies increase of the size of crystals formed without expressive increase of the number of nucleis. / Este trabalho tem por objetivo processar um aço inoxidável dúplex de estrutura austenítica-ferrítica, tipo UNS S32205/S31803, através da extrusão em canal angular (ECA) e caracterizar o aço processado. O princípio da ECA está baseado na aplicação de uma deformação plástica severa, a uma temperatura relativamente baixa, sem nenhuma mudança nas dimensões da seção transversal do material. A matriz utilizada na extrusão foi construída a partir de um aço 1045, cementado e temperado, e os punções de aço ferramenta. A extrusão foi realizada a temperatura ambiente usando uma máquina de ensaios mecânicos, em três velocidades diferentes de aplicação da pressão de extrusão: 1,5, 6,0 e 12 mm/min. A tensão necessária para realizar a extrusão aumentou continuamente ao longo do processamento, atingindo valores próximos 3GPa. Isto é devido, principalmente, à força de atrito entre o corpo de prova e as paredes o canal da matriz. Os resultados também mostram que o aumento da tensão atingida durante o processamento está relacionado à velocidade de processamento e número de passes. A força de atrito promoveu grande heterogeneidade de deformação ao longo das seções das amostras com aumento de dureza de 257HV (material recebido) para 575HV(ponto que sofreu maior deformação). Este efeito foi observado pela morfologia e mudança de orientação dos grãos ao longo das dimensões da amostra processadas. Após o processamento, algumas amostras do material foram termicamente tratadas a 1000° e 1200°C por períodos 7,5, 15, 30 e 60 minutos. Na superfície das amostras processadas por 2 passes de ECA, a temperatura ambiente, com velocidade de 1,5 mm/min. e posterior tratamento térmico a 1200°C por 60 min, foi verificado formação de dois tipos de estruturas distintas com pequenas superfícies posicionadas com ângulos de 90° e ângulos próximos a 109° bem definidos entre si. A região de 90° entre as superfícies mostra uma estrutura predominante de formas cúbicas, provavelmente em conseqüências da aniquilação de empilhamento de discordância na superfície cúbica de corpo centrado da fase ferrita. Na estrutura cristalina, o sistema de deslizamento ocorre principalmente nos planos {110}, os quais têm ângulos de 90° entre si. Por outro lado, os planos de deslizamento da estrutura cúbica de face centrada, {111}, formam ângulos próximos a 109° entre eles e consequentemente, a aniquilação de discordância na superfície resulta em estruturas na região da austenita. A observação da superfície das amostras detectou uma morfologia semelhante a um telhado (“roof like”) com estruturas com ângulos próximos a 109°, os quais sugerem a aniquilação de discordância na austenita. Outra estrutura detectada nas superfícies das amostras processado por ECA com 1 passe a velocidade de 1,5mm/min. e posterior tratamento térmico a 1200°C durante 60 minutos, foi a martensita induzida por deformação a frio. A avaliação preliminar da recristalização de algumas amostras processadas por ECA com 1 passe a velocidade de 1,5mm/min., e posterior tratamento térmico a 1000°C por 7,5, 15 e 30 minutos identificou pontos localizados de recristalização nos contornos de grão. Com o aumento do tempo de tratamento térmico de 7,5 para 15 minutos, aumentou o número de núcleos de recristalização, ao passo que após tratamento por 30 minutos foi verificado aumento no tamanho dos cristais formados sem expressivo aumento o número de núcleos

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VEGA_Marcelo_2014.pdf: 9141409 bytes, checksum: fd60293925ed2e6a9d8df71ece7c06f5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / It is known that the formability of aluminum alloy AA1050 is not favored when sheets are produced by conventional rolling due to the appearance of intense cube texture {100} <100> after recrystallization heat treatment. The objective of this study was to investigate whether components of shear processes can improve this property. For this work two processes of plastic deformation introducing shear stresses were selected: Equal channel angular extrusion (ECAE) and asymmetric rolling; these processes were compared to conventional rolling. In conventional rolling deformation results mainly compressive stresses. In the ECAE process shear is induced in the intersection of two channels of the same geometry that intersect by an angle &#61542; In the asymmetric rolling the shear stress is basically increased due to the speed variation between the rolls. An AA1050 aluminum sheet produced by the twin roll casting process was used in this study. The deformations were performed basically in 4 paths: i) conventional rolling, 70% reduction, ii) ECAE 1-8 passes, iii) ECAE 1-4 passes followed by conventional rolling with reduction of 70% and iv) Asymetric Rolling with reductions 30-50%. The mechanical and microstructural characterization of the deformed state was performed and the formability after annealing heat treatment was studied. ECAE deformation reduced the grain size, which measured by EBSD and transmission electron microscopy yield 1 micrometer. The evolution of equivalent strain compared with the increase of the hardness indicated a grain size stabilization of the grain/cell after four ECAE extrusion passes. After 8 passes the fraction of high angle boundaries exceeded the low-angle boundaries, ie dynamic recrystallization occurred during deformation. The texture after one pass ECAE approached the ideal texture for a 120 ° ECAE die. For deformations with 4 - 8 ECAE passes, the texture evolved into scattering the orientations having the {111} plane parallel to the surface (&#61543; fiber), and into the formation of rotated cube {100} <110> and rotated Goss {110} <110> orientations. The conventional rolling after ECAE returned the orientations to typical rolling textures: brass, copper and Goss. Deformation by asymmetric rolling with a difference of tangential velocity of 1.2 imposed shear stress, but it was necessary to decrease the reduction rate from 10% to 5% per pass in order to appreciably modify the texture. Comparing the formability of the deformed material, it was observed that ECAE increased the penetration depth in the Erichsen test, while rolling decreased the Erichsen index. Asymmetric rolling reduced the intensity of texture and destroyed the symmetry of the crystallographic orientations. The asymmetric rolled sample presented better formability than the rolled samples. After annealing, the samples of conventional rolling, with or without ECAE pre - strain, showed typical textures of annealed laminated material with high cube texture type. The &#61543; fiber was not stable in the ECAE annealed samples. Although the overall texture intensity remained low, increasing ECAE deformation before heat treatment strengthened the Goss {110} <001> orientation. For the asymmetric rolling the fiber orientations <100>// ND was scattered and both rotated cube and cube orientations were present. The lowest index of planar anisotropy was obtained in the sample annealed after four ECAE passes, representing a lower tendency to fail, This sample also presented an index of penetration in Erichsen testing of the same order of conventionally rolled sheets. It has been shown that both ECA as the asymmetric rolling deformation can significantly modify the texture of deformation and annealing, and improve the characteristics of formability of aluminum alloy 1050. This processing step should be located at the end of mechanical forming process before final annealing. / Sabe-se que a estampabilidade em ligas de alumínio AA1050 não é favorecida quando as chapas são produzidas por laminação convencional devido ao surgimento de uma textura do tipo cubo {100}<100> de forte intensidade após tratamentos térmicos de recristalização. O objetivo do trabalho foi investigar se processos com componentes de cisalhamento podem melhorar esta propriedade. Para este trabalho foram selecionados dois processos de deformação plástica que introduzem tensões de cisalhamento: Extrusão em canal angular (ECA) e Laminação assimétrica (LA); esses processos foram comparados à laminação convencional. Na laminação convencional a deformação resulta principalmente de esforços de compressão. No processo ECA o cisalhamento é imposto na intersecção de dois canais de mesma geometria que se interceptam formado um ângulo &#61542;. Na laminação assimétrica o esforço de cisalhamento é introduzido devido à variação de velocidade entre os cilindros de laminação. Partiu-se de chapas de alumínio AA1050 produzidas pelo processo Caster. As deformações foram executadas basicamente em 4 esquemas: i) Laminação convencional com 70% de redução; ii) ECA rota A de 1 a 8 passes; iii) ECA rota A de 1 a 4 passes seguido por laminação convencional com redução de 70% e iv) LA com reduções variando de 30 a 50%. Foi realizada a caracterização mecânica e microestrutural do estado deformado e foi estudada a conformabilidade após tratamento térmico de recozimento. Na deformação por ECA foi observado a redução do tamanho de grão, que medido por EBSD e por microscopia eletrônica de transmissão foi de cerca de 1 &#956;m. A evolução da deformação equivalente comparada com o aumento da dureza indicou uma estabilização do tamanho de grão/célula a partir de 4 passes. Após 8 passes a fração de contornos de alto ângulo ultrapassou a de contornos de baixo ângulo, ou seja, ocorreu recristalização dinâmica durante a deformação. A textura após um passe de ECA se aproximou da textura ideal para matriz ECA de 120°. Mas para deformações com quatro e oito passes, a textura evoluiu para uma dispersão das orientações contendo os {111} paralelos à superfície da chapa (fibra &#61543;), o aparecimento de orientações do tipo cubo rodado (100)<011> e de Goss rodado {110} <110>. A laminação convencional após ECA provocou o retorno às orientações típicas de laminação: latão, cobre e Goss. A deformação por laminação assimétrica com uma diferença de velocidade tangencial de 1,2 impôs esforços de cisalhamento, porém foi necessário diminuir a redução por passes de 10% para 5% para que o cisalhamento adicional modificasse sensivelmente a textura. Comparando a estampabilidade dos materiais deformados, observou-se que a deformação ECA aumentou a profundidade da penetração no ensaio Erichsen, enquanto que a laminação diminuiu o índice Erichsen. A laminação assimétrica reduziu a intensidade de textura e destruiu a simetria das orientações cristalográficas. Esta amostra encruada apresentou estampabilidade superior à das amostras laminadas. Após o recozimento, as amostras de laminação convencional, com ou sem pré-deformação ECA apresentaram texturas típicas de material laminado recozido com alto índice de textura tipo cubo. Nas amostras ECA a fibra &#61543; não ficou estável e teve sua intensidade reduzida. Embora a intensidade de textura total tenha permanecido baixa, o aumento de deformação ECA antes do tratamento térmico reforçou a orientação Goss {110}<001>. Já a amostra de laminação assimétrica houve dispersão das orientações na fibra <100>//ND e tanto orientações cubo como cubo rodado estavam presentes. O menor índice de anisotropia planar foi obtido na amostra de 4 passes ECA recozida (representando uma menor tendência ao orelhamento) e um índice de penetração no ensaio Erichsen da mesma ordem de chapas laminadas convencionalmente. Demostrou-se que tanto a deformação ECA quanto a laminação assimétrica podem modificar significantemente a textura de deformação e de recozimento e melhorar as características de conformabilidade da liga de alumínio 1050. Esta etapa de processamento deve estar localizada no final do processo de conformação mecânica, antes do recozimento final.