O preenchimento dos atuais requisitos industriais para as propriedades das ligas Al-Si exige o controle dos processos de fundição e o conhecimento das relações entre as variáveis de processo e as propriedades finais desejadas. Sabe-se que as propriedades finais dependem fortemente da macroestrutura, especificamente da forma e tamanho dos grãos e da distribuição de porosidade. Embora se conheça a importância do estudo da formação da macroestrutura bruta de solidificação, existem diversos aspectos que foram pouco estudados. O presente trabalho tem como objetivo principal estudar o efeito da adição de inoculante na macroestrutura de grãos, particularmente na transição colunar-equiaxial, formada durante a solidificação unidirecional das ligas Al-3%Si e Al-7%Si. Foram realizados diversos ensaios de solidificação unidirecional ascendente em um forno de aquecimento resistivo adicionando-se diferentes quantidades de inoculante na forma de uma liga-mãe comercial de composição nominal Al-3%Ti-1%B. A solidificação unidirecional foi realizada num cadinho de aço inoxidável com base refrigerada a água e com topo e paredes laterais isolados termicamente. A macroestrutura da seção longitudinal dos lingotes obtidos foi revelada e parâmetros térmicos foram calculados a partir de curvas de resfriamento coletadas por termopares posicionados no interior do cadinho durante a solidificação. O aumento da quantidade de inoculante adicionada resultou em um conjunto de lingotes que apresentaram macroestruturas compostas quase completamente de grãos colunares até estruturas completamente equiaxiais. Sem a adição de inoculante, as macroestruturas mostraram uma transição colunar-equiaxial que não ocorre abruptamente, ao passo que a adição de inoculante resultou no aparecimento de uma região mista contendo simultaneamente grãos colunares e equiaxiais. O aparecimento desta região mista e a diminuição do tamanho dos grãos equiaxiais ocorreram na liga Al-7%Si para maiores quantidades de inoculante do que na liga Al-3%Si. / The development of various industrial sectors, such as the automotive and the aerospace industry, demand premium aluminum castings with strict control of mechanical properties. To fulfill these requirements, the control of solidification processes and the knowledge of relations between the processing variables and the casting properties are necessary. The mechanical properties of a cast part depend strongly on its macrostructure, which are directly related to the grain size and distribution of porosity. Although the study of the macrostructure formation is important to establish the relationship between processing variables and properties, some important effects were not studied thoroughly. The main objective of the present work is to study the effect of inoculant addition on the grain macrostructure, particularly the columnar-to-equiaxial transition, of Al-3%Si and Al-7%Si alloys solidified directionally. Several experiments of directional upwards solidification have been carried out in a electric resistance furnace. Different contents of a master-alloy (Al-3%Ti-1%Ti) traditionally used for grain refining in the aluminum industry were added to the melt before solidification. The directional solidification occurred in a stainless steel crucible with a water-cooled base and with lateral walls and top with thermal insulation. The macrostructures of the longitudinal section of ingots were revealed and thermal parameters, such as isotherm velocity and temperature gradients were calculated from the cooling curves measured during solidification by thermocouples inserted within the crucible. An increase in the inoculant addition resulted in a series of different ingot macrostructures that ranged from completely columnar to completely equiaxed grain structures. Without inoculant addition, the columnar-to-equiaxed transition region was abrupt, whereas the addition of inoculant gave rise to a mixed structure of columnar and equiaxed grains. The amount of inoculant that had to be added to the Al-7%Si to cause this mixed structure and decrease the equiaxed grain size was nearly one order o magnitude larger than the amount of inoculant added to the Al-3%Si alloy.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-11082010-150135 |
| Date | 11 December 2009 |
| Creators | Pineda Arango, Diego Alfonso |
| Contributors | Martorano, Marcelo de Aquino |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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