Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T07:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_DanielMonteiro_D.pdf: 8184541 bytes, checksum: 0b8d932ad9a1091a507ea6b10e4185f8 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: As morfologias das estruturas de solidificação, caracterizadas principalmente por arranjos celulares e dendríticos, e suas grandezas representadas por espaçamentos celulares e dendríticos primários, secundários e terciários, controlam os perfis de segregação e a formação de segundas fases dentro das regiões intercelulares ou interdendríticas, que determinam as propriedades finais das estruturas fundidas. O presente trabalho pretende contribuir para o entendimento do desenvolvimento microestrutural de ligas binárias através da análise de dois sistemas binários que possuem elevada importância para a indústria na fabricação de peças fundidas automotivas e grades de baterias: Al-Si e Pb-Sb, respectivamente. Os experimentos realizados utilizaram dois diferentes dispositivos em que o calor é extraído somente pelo sistema de resfriamento a água, localizado no fundo (solidificação ascendente) e no topo (solidificação descendente) da lingoteira. As variáveis térmicas de solidificação foram determinadas pela leitura de temperaturas a partir de termopares posicionados dentro da lingoteira em diferentes posições em relação à superfície refrigerada. Estas variáveis térmicas foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação. Os aspectos macroestruturais e microestruturais foram caracterizados ao longo dos lingotes através de microscopia óptica. Para as ligas Al-Si foi realizada uma análise complementar do efeito da convecção térmica e constitucional nos espaçamentos dendríticos terciários na solidificação unidirecional transitória descendente. Ligas hipoeutéticas Pb-Sb foram utilizadas para analisar as influências das variáveis térmicas de solidificação e da concentração de soluto nas estruturas celulares, na transição celular/dendrítica e nas estruturas dendríticas. Os espaçamentos celulares e dendríticos foram comparados com as previsões teóricas fornecidas pelos principais modelos de crescimento estacionário e transitório da literatura. Foram também examinados os efeitos da taxa de resfriamento no crescimento celular da liga Pb 0,85%Sb e a influência do tamanho celular e do perfil de macrossegregação correspondente na resistência à corrosão / Abstract: The morphologies of as-cast microstructures, characterized mainly by cellular and dendritic patterns, and their scales represented by primary, secondary and tertiary arm spacings, control the segregation profiles and the formation of secondary phases within intercellular and interdendritic regions, which determine the final properties of castings. The present work aims to contribute to the understanding of microstructural development of binary alloys by analyzing two binary systems, which possess high industrial importance in the manufacture of as-cast automotive components and battery grids: Al-Si and Pb-Sb, respectively. Experiments have been carried out by using two castings assemblies, which were designed in such way that heat was extracted only through the water-cooled system, located at the bottom (upward solidification) and at the top (downward solidification) of the casting. The solidification thermal variables have been determined from thermal readings acquired by thermocouples located inside of the casting in different positions from the cooled surface. Such experimental thermal variables have been compared with theoretical predictions of a numerical model of solidification. Macrostructural and microstructural aspects along the casting were characterized by optical microscopy. For Al-Si alloys a complementary analysis of the influence of thermosolutal convection on the tertiary dendrite arm spacing during the downward unsteady-state directional solidification has been carried out. Hypoeutectic Pb-Sb alloys have been used to analyze the influences of solute concentrations and solidification thermal variables in the development of cellular structures, the cellular/dendritic transition and dendritic structures. Experimental cellular and dendritic spacings have been compared with the theoretical predictions furnished by the main steady-state and unsteady-state growth models from the literature. The effect of cooling rate on the cellular growth of a Pb 0.85wt%Sb alloy and the influences of cell size and of the corresponding macrosegregation profile on the resultant corrosion behavior have also been examined. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cruz_KleberAugustinSabatda_D.pdf: 13994845 bytes, checksum: c0766efdbf4acbaf7d07b0db50f1fe52 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A procura por relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. O presente estudo pretende contribuir para o entendimento sobre a influência dos parâmetros microestruturais na resistência ao desgaste e nas propriedades mecânicas de ligas de dois sistemas binários: AI-Sn e AI-Si. Tais ligas são bastante usadas em aplicações de engenharia, tais como mancais e camisas de cilindro de motores de combustão, respectivamente. Apesar do grande uso das ligas do sistema AI-Sn como material tribológico, são escassos os estudos sobre o desenvolvimento microestrutural destas ligas na literatura. Neste estudo, quatro ligas hipoeutéticas do sistema AI-Sn e três ligas hipoeutéticas do sistema AI-Si foram submetidas a solidificação unidirecional, na direção vertical e sentido ascendente, sob condições transitórias de fluxo de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (À1) e secundários (À2) foram medidos nas direçõe.s transversal e longitudinal dos lingotes, respectivamente, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente_as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Este estudo também aborda a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos das ligas estudadas. Os dados experimentais obtidos, concementes à solidificação das ligas AI-Sn, são comparados com modelos de crescimento dendrítico existentes na literatura. O comportamento mecânico das ligas AI-Sn e AI-Si foi analisado por meio de ensaios de tração e de desgaste. O ensaio de desgaste utilizado foi o ensaio de micro-abrasão por esfera rotativa fixa, sob condições a seco (sem óleo lubrificante ou solução abrasiva). As amostras submetidas aos ensaios de desgaste foram retiradas na direção transversal dos lingotes. A condição a seco foi adotada para impedir a interferência de elementos interfaciais na resposta da microestrutura com relação ao desgaste mecânico. O volume de desgaste é o parâmetro quantificador da resistência ao desgaste e, são obtidas equações que correlacionam o volume de desgaste com espaçamentos dendríticos, levando em consideração o tempo de ensaio, que está relacionado com a distância de deslizamento. / Abstract: The search for relationships between microstructural parameters and mechanical behavior of alloys is fundamental for the pre-programming of final properties of as-cast components. The present study aims to contribute to the understanding about the influence of microstructural parameters on the wear resistance and mechanical properties of alloys of two binary systems: Al-Sn and AI-Si. Such alloys are widely used in engineering applications, especially as bearing components such as journal bearings and cylinder liners, respectively. Despite the wide use of Al-Sn alloys as bearing materiaIs studies on the microstructural development of such alloys are rare.. In the present study, four Al-Sn and three AI-Si hypoeutectic alloys were directionally solidified under upward unsteady state heat flow conditions. The primary (1,,1) and secondary (Â.2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metaVmold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidifÍcation time. This study also focuses on the dependence of dendrite arm spacings on the alloy solute content. Furthermore, the experimental data conceming the solidification of AI -Sn alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature. The mechanical behaviors ofthe AI-Sn and AlSi alloys were analyzed by wear and tensile tests. Micro-abrasive wear tests under dry sliding conditions and by using a fixed rotating sphere were applied to transversal samples collected along the casting. The dry condition is adopted to prevent effects of interfacial elements such as abrasive slurry or lubricant oil on the microstructural response during the tests. The wear volume was used to evaluate the wear resistance. Afterwards, equations correlating the wear volume and the dendritic arm spacing have been proposed taking into account the influence of time (sliding distance). / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Much study has been carried out to determine the properties of Lamellar Graphite Iron (LGI) or grey iron and their relations to factors such as the cooling rate, the dendrite morphology, the pouring temperature, and so on. However, there hasn’t been much comprehensive study on the properties of LGI outside the generally used and accepted composition, with 1 to 3% Silicon. The scope of this study is to measure and evaluate the thermal conductivity and tensile strength of LGI, for a higher concentration of  Si and different carbon contents. The concentration of Si aimed for was 4% but the concentration obtained after spectroscopy was between 4.1% to 4.15%. There are two hypereutectic, one near-eutectic and three hypoeutectic samples considered and these six chemical compositions were cast under different cooling conditions . The cooling time has been varied by providing different molds of 30mm, 55mm, and 80mm diameter cylinders respectively, for all the six sample compositions. The microstructure analysis carried out studies the segregation of Si, the graphite morphology, primary austenite morphology. These factors are then compared to the thermal and tensile behavior measured in this study. It can be observed that the thermal conductivity studied in the present work has a direct correlation for a higher Si content and tends to be greater than the thermal conductivity values observed from other studies with lower content Of Si. However, the conductivity shows an inverse relation with the cooling rate and is maximum for the samples with the lowest cooling rate. The tensile strength, on the other hand, seems to have a lower value than that observed in previous studies for LGI with 1 to 3% Si, but shows a direct correlation with the cooling rate. The mean area fraction of dendrites obtained and the mean interdendritic hydraulic diameter is also measured and their influence on the properties are also studied. The addition of more Si has greatly favored the thermal behavior positively but has also reduced the tensile strength.