Magnésio e suas ligas têm adquirido importância cada vez mais significativa como material estrutural de peso leve despertando um singular interesse pela indústria uma vez que oferece a melhor relação peso/resistência entre os metais. Os campos mais conhecidos de sua aplicação consistem na construção de veículos, na aeronáutica, manipulação industrial (robôs, automatização) e tecnologia de comunicação. Em particular, a indústria automobilística tem crescentemente ampliado a utilização de ligas de magnésio na produção de peças que vão desde caixas de câmbio até aros de rodas. As principais razões para este desenvolvimento são: mudanças na legislação ambiental, as exigências de cliente, e objetivos corporativos que requerem veículos mais leves diminuindo o consumo de combustível. O uso do magnésio para aplicações estruturais em altas temperaturas é limitado devido a sua baixa resistência à fluência. Isso se deve ao enfraquecimento do contorno de grão a partir da precipitação descontínua da fase b-Mg17Al12 de baixo ponto de fusão. Dentre as ligas de magnésio desenvolvidas para resistência à fluência, as ligas do sistema Mg-Al-RE-Ca oferecem ótimo desempenho com resultados similares à liga de alumínio ADC12. Muitos trabalhos sobre o sistema de ligas Mg-Al-RE-Ca foram realizados visando compreender a relação entre microestruturas e propriedades mecânicas. Entretanto, poucos estudos relacionaram a influência das variáveis de solidificação na formação das microestruturas. O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo em uma liga Mg-4%Al-3%La-1%Ca analisando a influência das variáveis térmicas tais como taxas de resfriamento, velocidade da isoterma liquidus e gradientes de temperatura, na formação de estruturas, na transição colunarequiaxial e espaçamento dendrítico durante o processo de solidificação. A previsão das distintas estruturas, tais como zona colunar e equiaxial é de grande interesse para avaliação e projeção das propriedades mecânicas dos fundidos. Dessa forma, a liga estudada foi submetida à solidificação unidirecional vertical ascendente e análise térmica. Foram realizadas análises metalográficas nos lingotes solidificados. Os resultados colaboram para uma melhor compreensão do fenômeno de solidificação da liga e serve como ferramenta no desenvolvimento de modelos de previsões de formação de micro e macroestruturas que influenciam diretamente nas propriedades mecânicas. / Due to their superior weight/resistance relation, magnesium and its alloys have been acquiring a great deal of importance in the modern industry, specially as lightweight structural materials in the fields of vehicle construction, aeronautics, industrial robotics, automation, and communication technologies. In particular, the automotive industry has been increasingly expanding the use of magnesium alloys in the production of auto-parts, ranging from gearbox housings to steering wheels. The main reasons for this developments are changes in environmental legislations, new customer requirements, and corporate policies regarding fuel consumption and weight/power relations. The use of magnesium alloys for structural applications at high temperatures is limited due to the precipitation of the discontinuous phase b-Mg17Al12, which in fact, weakens the grain boundary during service resulting in a low creep resistance. Among the magnesium alloys developed for creep resistance, the alloys of the system Al-Mg-RE-Ca offer optimum performance with results similar to the ADC12 aluminum alloy. Many studies on the Al-Mg-RE-Ca system alloys were aimed to understand the relationship between microstructure and mechanical properties. However, few studies undertake the influence of the solidification variables in the microstructure formation. This work aims to study the influence of some thermal variables such as temperature gradients, solidification and growth tip rate on the formation of microstructures, the columnar/equiaxial transition and dendrite arm spacing, during the solidification process of a Mg-4%Al-3%La- 1%Ca alloy. The prediction of the different structures, such as the columnar and the equiaxial regions is of great interest for the assessment and projection of the mechanical properties of the casts. Therefore, the alloy studied in this work were submitted to thermal analysis during an unidirectional vertical ascending solidification, as well as optical and scanning electron microscopy characterization. The results contribute to a better understanding of the solidification phenomena of the magnesium alloys, as well as a tool in the development of numerical models for the prediction of structures which directly influence the mechanical properties of the parts.

Magnésio e suas ligas têm adquirido importância cada vez mais significativa como material estrutural de peso leve despertando um singular interesse pela indústria uma vez que oferece a melhor relação peso/resistência entre os metais. Os campos mais conhecidos de sua aplicação consistem na construção de veículos, na aeronáutica, manipulação industrial (robôs, automatização) e tecnologia de comunicação. Em particular, a indústria automobilística tem crescentemente ampliado a utilização de ligas de magnésio na produção de peças que vão desde caixas de câmbio até aros de rodas. As principais razões para este desenvolvimento são: mudanças na legislação ambiental, as exigências de cliente, e objetivos corporativos que requerem veículos mais leves diminuindo o consumo de combustível. O uso do magnésio para aplicações estruturais em altas temperaturas é limitado devido a sua baixa resistência à fluência. Isso se deve ao enfraquecimento do contorno de grão a partir da precipitação descontínua da fase b-Mg17Al12 de baixo ponto de fusão. Dentre as ligas de magnésio desenvolvidas para resistência à fluência, as ligas do sistema Mg-Al-RE-Ca oferecem ótimo desempenho com resultados similares à liga de alumínio ADC12. Muitos trabalhos sobre o sistema de ligas Mg-Al-RE-Ca foram realizados visando compreender a relação entre microestruturas e propriedades mecânicas. Entretanto, poucos estudos relacionaram a influência das variáveis de solidificação na formação das microestruturas. O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo em uma liga Mg-4%Al-3%La-1%Ca analisando a influência das variáveis térmicas tais como taxas de resfriamento, velocidade da isoterma liquidus e gradientes de temperatura, na formação de estruturas, na transição colunarequiaxial e espaçamento dendrítico durante o processo de solidificação. A previsão das distintas estruturas, tais como zona colunar e equiaxial é de grande interesse para avaliação e projeção das propriedades mecânicas dos fundidos. Dessa forma, a liga estudada foi submetida à solidificação unidirecional vertical ascendente e análise térmica. Foram realizadas análises metalográficas nos lingotes solidificados. Os resultados colaboram para uma melhor compreensão do fenômeno de solidificação da liga e serve como ferramenta no desenvolvimento de modelos de previsões de formação de micro e macroestruturas que influenciam diretamente nas propriedades mecânicas. / Due to their superior weight/resistance relation, magnesium and its alloys have been acquiring a great deal of importance in the modern industry, specially as lightweight structural materials in the fields of vehicle construction, aeronautics, industrial robotics, automation, and communication technologies. In particular, the automotive industry has been increasingly expanding the use of magnesium alloys in the production of auto-parts, ranging from gearbox housings to steering wheels. The main reasons for this developments are changes in environmental legislations, new customer requirements, and corporate policies regarding fuel consumption and weight/power relations. The use of magnesium alloys for structural applications at high temperatures is limited due to the precipitation of the discontinuous phase b-Mg17Al12, which in fact, weakens the grain boundary during service resulting in a low creep resistance. Among the magnesium alloys developed for creep resistance, the alloys of the system Al-Mg-RE-Ca offer optimum performance with results similar to the ADC12 aluminum alloy. Many studies on the Al-Mg-RE-Ca system alloys were aimed to understand the relationship between microstructure and mechanical properties. However, few studies undertake the influence of the solidification variables in the microstructure formation. This work aims to study the influence of some thermal variables such as temperature gradients, solidification and growth tip rate on the formation of microstructures, the columnar/equiaxial transition and dendrite arm spacing, during the solidification process of a Mg-4%Al-3%La- 1%Ca alloy. The prediction of the different structures, such as the columnar and the equiaxial regions is of great interest for the assessment and projection of the mechanical properties of the casts. Therefore, the alloy studied in this work were submitted to thermal analysis during an unidirectional vertical ascending solidification, as well as optical and scanning electron microscopy characterization. The results contribute to a better understanding of the solidification phenomena of the magnesium alloys, as well as a tool in the development of numerical models for the prediction of structures which directly influence the mechanical properties of the parts.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2017-09-27T20:22:32Z No. of bitstreams: 1 DissLFG.pdf: 4557054 bytes, checksum: 49d082b3a2adae8674cfd11cfa9c75b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-29T17:41:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLFG.pdf: 4557054 bytes, checksum: 49d082b3a2adae8674cfd11cfa9c75b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (bco.producao.intelectual@gmail.com) on 2018-01-29T17:41:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLFG.pdf: 4557054 bytes, checksum: 49d082b3a2adae8674cfd11cfa9c75b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-29T17:46:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLFG.pdf: 4557054 bytes, checksum: 49d082b3a2adae8674cfd11cfa9c75b9 (MD5) Previous issue date: 2017-01-18 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Al-Mg-Fe alloys are appointed as favorable ones in respect of the costs involved and all the required properties for successful vessel service. However, experimental inter-relations of solidification thermal parameters, microstructure and mechanical resistance are still undetermined. In the present research work, the dependences of tensile properties on the length scale of the dendritic morphology of ternary Al-1.2wt.%Mg-1.5wt.%Fe and Al-7.0wt.%Mg-1.5wt.%Fe alloys are examined. Transient heat flow conditions during solidification have been achieved by the use of a directional solidification system, thus permitting a comprehensive characterization of the dendritic microstructures to be performed. Thermo-Calc computations, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analyses were carried out to give support to the extensive microstructural evaluation performed with both ternary Al-Mg-Fe alloys. Experimental growth relations of primary, λ1 and secondary, λ2 dendrite arm spacings with cooling rate (ṪL) and of tensile properties with λ2 are proposed. For both alloys examined, Hall-Petch type formulae show that the tensile strength increase with the decrease in λ2. The soundest strength-ductility balance is exhibited by the Al-7.0wt%Mg-1.5wt%Fe alloy specimen with very refined microstructure. This is shown to be due to a more homogeneous distribution of intermetallic particles in connection with solid solution strengthening propitiated by Mg. Functional experimental inter-relations of tensile properties with growth (VL) and cooling rates (ṪL) for both ternary Al-Mg-Fe alloys have also been derived. / Ligas de Al-Mg-Fe são apontadas como favoráveis em relação aos custos e capazes de atender todas as propriedades necessárias para o bom funcionamento de componentes utilizados na fabricação de navios. Entretanto, a literatura especializada ainda carece de um maior entendimento no que se referem às inter-relações experimentais dos parâmetros térmicos de solidificação, microestrutura e resistência mecânica dessas ligas. No presente trabalho de pesquisa, as dependências das propriedades mecânicas na escala de comprimento da morfologia dendrítica das ligas ternárias Al-1,2%Mg-1,5%Fe e Al-7,0%Mg-1,5%Fe foram examinadas. As condições transitórias de fluxo de calor durante a solidificação foram alcançadas pelo uso de um sistema de solidificação direcional, permitindo assim ser realizada uma caracterização abrangente das microestruturas dendríticas. Foram realizados cálculos termodinâmicos (Thermo-Calc), Difração de Raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para dar suporte à extensa avaliação microestrutural realizada com ambas as ligas ternárias Al-Mg-Fe. Relações de crescimento experimentais de espaçamentos dendríticos primários λ1 e secundários λ2, com a taxa de resfriamento (ṪL) e propriedades mecânicas de tração com λ2, são propostas. Para ambas ligas examinadas, as fórmulas do tipo Hall-Petch mostram que a resistência à tração aumenta com a diminuição do λ2. O equilíbrio mais favorável da resistência-ductilidade é exibido pela amostra da liga Al-7,0%Mg-1,5%Fe caracterizada por uma microestrutura muito refinada. Isto deve-se a uma distribuição mais homogênea das partículas intermetálicas em conexão com a formação de solução sólida que atua como reforço proporcionado pelo Mg. Foram também obtidas inter-relações funcionais experimentais das propriedades mecânicas de tração com a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL) e a taxa de resfriamento (ṪL) para as ligas ternárias Al-Mg-Fe. / CNPq: 132139/2015-4 / FAPESP: 2015/11863-5 / FAPESP: 2013/08259-3

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-07-03T18:18:01Z No. of bitstreams: 1 DissLBO.pdf: 5087062 bytes, checksum: ed0430974a336dc3223e730ae90cc724 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-07-03T18:18:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLBO.pdf: 5087062 bytes, checksum: ed0430974a336dc3223e730ae90cc724 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-07-03T18:18:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLBO.pdf: 5087062 bytes, checksum: ed0430974a336dc3223e730ae90cc724 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-03T18:18:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLBO.pdf: 5087062 bytes, checksum: ed0430974a336dc3223e730ae90cc724 (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The main application of 319 aluminum alloy is for manufacturing components for automobile industry. One of the main concerns related to the recycling of this metal is regarding the incorporation of impurities as iron, for instance. Due to its low solubility in solid aluminum, the presence of this element leads to the formation of intermetallic compounds such as α-Al8Fe2Si and β-Al9Fe2Si2, the most common iron phases in Si-containing Al-alloys. The β phase is harmful to mechanical properties because of its platelet like morphology. Spray forming is an advanced processing technique which can mitigate the deleterious effect of these intermetallic phases. However, the solidification process of spray formed metals is still an open discussion. In these sense, the aim of this work is to contribute to a better understanding of the solidification process of spray formed 319 aluminum alloy. The work was divided in three stages: the first evaluated the presence and morphology of intermetallic phases by varying the pouring temperature and Fe content (0.6 and 1.2 in mass percent); the second evaluated the eutectic Al-Si morphology through varying the processing conditions; and finally, the third evaluated the solute distribution in the final microstructure, in this case other aluminum alloys were studied together with the 319 (2024 and 7050). The basis for discussion the phenomena was a solidification model for spray formed metals recently proposed in the literature, which defines the process in two stages, being the final solidification occurring at low cooling rate. The results showed that by controlling the processing parameters it is possible to mitigate the β-Al9Fe2Si2 formation, as well as to alter the eutectic Al-Si morphology. The third stage indicated the possibility of maintenance of certain solute in solid solution on the periphery of aluminum grains. It could be concluded that the solidification model was adequate to explain the phenomena presented in this work. / A liga de alumínio 319 possui como aplicação a fabricação de componentes da indústria automobilística. Um dos principais problemas relacionados à reciclagem destas ligas é a incorporação de impurezas como o ferro. Devido à baixa solubilidade deste elemento, sua presença leva a formação de compostos intermetálicos, sendo o α-Al8Fe2Si e o β-Al9Fe2Si2 os mais comuns em sistemas com silício. A fase β é a mais danosa às propriedades mecânicas devido à sua morfologia de placas, sendo que uma rota de processamento que se mostra viável no sentido de mitigação do efeito deletério deste intermetálico é a conformação por spray. Apesar disso, o processo de solidificação desta técnica ainda é um assunto debatido na comunidade científica. Neste contexto, este trabalho possui o objetivo de contribuir para um melhor entendimento sobre o processo de solidificação da liga de alumínio 319 conformada por spray. O trabalho foi dividido em três etapas: a primeira avaliou a presença dos intermetálicos de ferro variando-se a temperatura de vazamento e o teor de ferro (0,6% e 1,2% em peso); a segunda avaliou a morfologia do eutético Al-Si através das alterações das condições de spray; e, por fim, a terceira avaliou a distribuição de soluto na microestrutura, neste caso, outras ligas de alumínio foram estudadas (2024 e 7050). A discussão dos fenômenos foi realizada a partir de um modelo de solidificação para materiais conformados por spray que divide o processo em duas etapas distintas, sendo a solidificação final ocorrendo a uma taxa de resfriamento relativamente lenta. Os resultados mostraram que através do controle das condições de spray é possível mitigar a formação do intermetálico β-Al9Fe2Si2, assim como alterar a morfologia do eutético Al-Si. A terceira etapa indicou a manutenção de certos elementos em solução sólida em regiões adjacentes aos contornos de grão. Pôde-se concluir que o modelo de solidificação utilizado foi adequado para explicar os fenômenos descritos nas etapas realizadas. / CNPq: 135810/2015-9

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 812465 bytes, checksum: d6832361602c73d37e87fb903d5f8d58 (MD5) Previous issue date: 2014-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this Work, We study a phase-ñeld model for the isothermal olidiñcation of a binary alloy due to Warren-Boettinger [23]. We obtain the existence Of Weak solution, and results Of regularity and uniqueness under the assurnptions that the nonlinearities are Lipschitz and limited. Finally, by Characterizing the nonlinear terms by the double-well potentiaL We obtain existence and uniqueness Of Weak solution for a modiñed Version of the model. Throughout this Work, We apply the FaedO-Galerkin rnethod. / Estudamos nesse trabalho um modelo de Campo de fase para a solidificação isotérmica de uma liga binária, devido a Warren-Boettinger [23]. Obtemos a existência de solução fraca, e resultados de regularidade e unicidade sob as hipóteses das não linearidades serem Lipschitz e limitadas. Por fim, Caracterizamos um dos termos não lineares pelo double-well potential e Obtemos a existência de solução fraca para esse modelo e sua unicidade. Utilizamos durante todo 0 trabalho 0 Método de Faedo-Galerkin.

Resumo: O grande número de variáveis envolvidas no processo de fundição de aço o torna muito susceptível a ocorrência de defeitos relacionados à solidificação como rechupes e poros, que elevam o custo de fabricação devido ao sucateamento e retrabalho de peças. Explorando oportunidades neste cenário, esta Tese de Doutorado, desenvolvida dentro do ambiente industrial de uma fundição de aço propõe um modelo matemático capaz de predizer a combinação de níveis de variáveis de processo que minimizam a ocorrência de rechupes e poros relacionados à solidificação em peças fundidas em aço ABNT 1030, moldadas em areia com aglomerante químico e vazamento por gravidade. Empregou-se, no desenvolvimento do trabalho o Planejamento Estatístico de Experimentos com fatorial fracionado na fase exploratória e o método de Taguchi para validação final e desenvolvimento do Modelo matemático. Na fase de validação, utilizou-se um arranjo ortogonal L16 com quatro réplicas. Na fase exploratória, avaliou-se o volume de defeito em uma peça de produção normal da fundição. Na fase de validação, desenvolveram-se corpos de prova em forma de cubo, vazados sem alimentação. Depois de produzidos, os corpos de prova passavam por ensaio de ultrassom para identificação e localização do defeito e corte de serra, para posterior medição do volume do defeito. O sistema de medição foi validado por meio de um estudo de Análise do Sistema de Medição - MSA GR&R. Os resultados dos experimentos mostraram uma grande diferença entre a contração teórica prevista na literatura de 5,5% para o aço estudado para 2% determinado experimentalmente. As variáveis que mais influenciaram no tamanho do defeito foram: o percentual de carbono queimado no processo de elaboração do aço, percentual de alumínio na liga, percentual de óxido de ferro na areia de moldagem e a interação entre... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The number of variables involved in the steel foundry process makes it susceptible to the occurrence of defects related to the solidification, like shrinkages and pores. This charge the foundries scrap and rework costs. Exploring the opportunities at this context, this Thesis, developed inside an industrial environment of a steel foundry, purposes a mathematic model capable to predict the combination of levels of variables that minimizes the occurrence of shrinkage and pores in carbon steel cast parts, through no-bake sand molding and gravity pouring processes. Statistical Design of Experiments with fractional and factorial at the screening step and Taguchi Method for the final validation and development of the mathematic model were used. A L16 orthogonal array with four replicates was used in the validation step. The defect volume inside a regular cast part was evaluated in the screening step. In the validation step, cube form specimens were designed, poured without feeders and ultrasound tested to bound the defect then saw cut to measure the defect's volume. In order to the validation of the measurement system, a MSA - Measurement Systems Analysis and Gauge R & R - Gauge Repeatability and Reproducibility were used. The experiments results shown a considerable difference between the theoretical expected contraction, 5.5%, and the 2% experimentally determined. The variables that influenced the defect size the most were: the carbon drop in the steel making, the Aluminum content of the alloy, the Black Iron Oxide content of the molding sand and the interaction between the pouring temperature and the carbon drop. The mathematic model was validated by experiments, which showed a good performance in the prediction of defects. / Orientador: Messias Borges Silva / Coorientador: Fernando Augusto Silva Marins / Banca: Antonio Fernando Branco Costa / Banca: Marcela Aparecida Guerreiro Machado / Banca: Amiton Sinatora / Banca: Rosinei Batista Ribeiro / Doutor

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Os intermetálicos com altas propriedades mecânicas e boa estabilidade térmica podem atuar como reforços na matriz de alumínio. O presente estudo avaliou a formação e propriedades de camadas ricas no intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz a partir da solidificação controlada de ligas de alumínio multicomponentes. Sua formação primária se dá sob composições químicas especificas e dependerá da quantidade de Fe, da relação Mn/Fe e da taxa de resfriamento. Neste trabalho realizou-se a fusão e a solidificação controlada de uma liga de alumínio Al-Si-Cu-FeMn, buscando as condições de formação do intermetálico α-Alx(Fe,Mn,Cr,)ySiz. Análises de calorimetria exploratória diferencial (DSC) desta liga inicial foram realizadas. Com base na patente requerida BR102015013352-9 montou-se um equipamento de solidificação controlada tipo “outward” de escala piloto (10-15kg), acoplado a uma matriz rotacional de Fe-C (substrato) com velocidade periférica controlada. As regiões solidificadas foram avaliadas por espectrometria de emissão ótica, DRX, microscopia ótica e de varredura/EDS. Propriedades mecânicas foram avaliadas pelas técnicas de dureza Rockwell B (HRB) e microdureza Vickers (HV). A técnica de célula fotoacústica aberta (OPC) foi utilizada para análises de propriedades térmicas das amostras solidificadas. Regiões com propriedades mecânicas e composições químicas diferentes foram identificadas no interior do lingote. Verificouse intensa formação do composto intermetálico α-Al15(Fe,Mn,Cr,)4Si2 e, associado a este, intensa segregação química nas regiões adjacentes ao substrato. Variações de dureza HRB foram também observadas nas distintas regiões. O intermetálico primário α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 apresentou uma significativa influência na difusividade térmica da liga de alumínio Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr. / The intermetallic with high mechanical properties and good thermal stability can act as reinforcement in the aluminum matrix. This study evaluated the formation and properties of layers rich in intermetallic α-Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz from the controlled solidification of multicomponent aluminum alloys. Their primary formation takes place under specific chemical compositions and depends on the amount of Fe, the Mn/Fe ratio and cooling rate. In this work the melting and controlled solidification of aluminum alloy Al-Si-Cu-Fe-Mn, seeking the formation conditions of intermetallic α- Alx(Fe,Mn,Cr)ySiz. Analysis of differential scanning calorimetry (DSC) were performed this initial alloy. Based on BR102015013352-9 patent pending assembled into a solidification equipment controlled type "outward" pilot scale (10-15kg), coupled to a rotational matrix Fe-C (substrate) controlled peripheral speed. Solidified regions were evaluated by optical emission spectroscopy, XRD, optical microscopy and scanning/EDS. Mechanical properties were evaluated by hardness techniques Rockwell B (HRB) and Vickers hardness (HV). The open cell photoacoustic technique (OPC) was used for analyzing the thermal properties of the solidified samples. Regions having different mechanical properties and chemical compositions have been identified within the ingot. There was intense formation of the intermetallic compound α- Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 and, associated with this, severe chemical segregation in the regions adjacent to the substrate. HRB hardness variations were also observed in the different regions. The primary intermetallic α-Al15(Fe,Mn,Cr)4Si2 had a significant influence on thermal alloy aluminum Al-Si-Cu-Fe-Mn-Cr diffusivity.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaPCC_TESE_Parcial.pdf: 421102 bytes, checksum: 073b73c95b7ac8b4269179af4e3a1726 (MD5) Previous issue date: 2013-07-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / One of the waste generated during the drilling of oil wells are gravel which are impregnated of drilling fluid. This residue consists of highly toxic chemicals, including toxic metals. This study suggests an alternative process to the treatment of this waste, by incorporating it the form of raw material in the ceramic matrix , and by solidification and stabilize the metals present, Aluminum (Al), Iron (Fe), Manganese (Mn) and Zinc (Zn). The raw materials were characterized by the techniques of X ray fluorescence (FRX), X ray diffraction (DRX), laser granulometry (GL), thermogravimetry (TG) and differential thermal analysis (ADT). To evaluate the percentage of gravel effect the environmental and technological properties were obtained from formulations containing 0, 10 and 20 % by weight of gravel in the ceramic matrix. After sintering at temperatures 1080, 1120 and 1160 ?C, the samples were tested for water absorption, the linear shrinkage firing, voltage of rupture and solubility. The results obtained showed that the stabilization by solidification, is a viable alternative to safe disposal of waste drilling. Ceramics products can be used in the manufacture of solid bricks / Um dos res?duos gerados durante a perfura??o de po?os de petr?leo s?o os cascalhos que ficam impregnados por fluido de perfura??o. Este res?duo ? composto por produtos qu?micos de alta toxidade, entre eles os metais t?xicos. Este estudo prop?e um processo alternativo ao tratamento deste res?duo, incorporando-o na forma de mat?ria-prima em matriz cer?mica, e atrav?s da solidifica??o estabilizar os metais t?xicos presentes, Alum?nio (Al), Ferro (Fe), Mangan?s (Mn) e Zinco (Zn). As mat?rias-primas foram caracterizadas por fluoresc?ncia de raios X (FRX), difratometria de raios X (DRX), granulometria a laser (GL), termogravimetria (TG) e an?lise t?rmica diferencial (ADT). Para avaliar o efeito do percentual de cascalho nas propriedades tecnol?gicas e ambiental, foram obtidas formula??es contendo 0, 10 e 20 % em massa do cascalho na matriz cer?mica. Ap?s sinteriza??o ?s temperaturas de 1080, 1120 e 1160 ?C, as amostras foram submetidas a ensaios de absor??o de ?gua, retra??o linear de queima, tens?o de ruptura ? flex?o e solubilidade. Os resultados alcan?ados mostraram que a t?cnica de estabiliza??o por solidifica??o, ? uma alternativa vi?vel a destina??o segura do res?duo de perfura??o. Os produtos cer?micos obtidos podem ser utilizados na fabrica??o de tijolos maci?os e blocos cer?micos de alvenaria, em determinados percentuais e temperaturas de queima descritas neste trabalho / 2020-01-01

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:47:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goulart_PedroRoberto_D.pdf: 6361935 bytes, checksum: 1ab5747a6494bb2184c779b77424407e (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da liga / Abstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increased / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica