Produção e caracterização de ligas Al-(3, 5, 10)Mg-0,1Sc por solidificação direcional e refusão superficial a laser

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nunes, Anderson Thadeu
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/19681
Resumo: The present study involved the investigation of the Al-3, -5, and -10% Mg-0.1% Sc alloys processed either by Directional Solidification (DS) or Laser Surface Remelting (LSR), as well as correlating the corresponding microstructures with mechanical properties and with solidification cooling rates. Due to the combination of low density, excellent mechanical properties, and adequate corrosion resistance, these alloys can be applied in different sectors such as aerospace, automotive, and microelectronics. Since the microstructure depends on the chemical composition and processing conditions, further studies regarding the solidification of these alloys are necessary. Cooling rate has a direct influence on the microstructural characteristics and phase morphology. Upward directional solidification enabled the analysis of microstructures with different cooling rates. The study of surfaces treated by laser helped deepen the laser treatment of these Al-Mg-Sc alloys, which are highly relevant to the industry currently. The alloys were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction, transmission and scanning electron microscopy, tensile properties, and hardness measurements. This study explores complementary solidification techniques, facilitating extensive mapping of microstructures relative to the solidification thermal parameters. Notably, upward directional solidification in Al-Mg-Sc alloys exhibited diverse microstructural features like cells and dendritic morphologies. The Al-5% Mg-0.1% Sc alloy displayed enhanced mechanical strength due to its refined cell microstructure. Laser surface remelting (LSR) enhanced alloy hardness and refined surface microstructure significantly, outperforming directional solidification (DS) by reducing cell spacing in approximately 20 times, thereby increasing Vickers hardness by 15-20% in Al-3% and -5% Mg(-Sc) samples.
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Cooling rate has a direct influence on the microstructural characteristics and phase morphology. Upward directional solidification enabled the analysis of microstructures with different cooling rates. The study of surfaces treated by laser helped deepen the laser treatment of these Al-Mg-Sc alloys, which are highly relevant to the industry currently. The alloys were characterized by optical microscopy, X-ray diffraction, transmission and scanning electron microscopy, tensile properties, and hardness measurements. This study explores complementary solidification techniques, facilitating extensive mapping of microstructures relative to the solidification thermal parameters. Notably, upward directional solidification in Al-Mg-Sc alloys exhibited diverse microstructural features like cells and dendritic morphologies. The Al-5% Mg-0.1% Sc alloy displayed enhanced mechanical strength due to its refined cell microstructure. Laser surface remelting (LSR) enhanced alloy hardness and refined surface microstructure significantly, outperforming directional solidification (DS) by reducing cell spacing in approximately 20 times, thereby increasing Vickers hardness by 15-20% in Al-3% and -5% Mg(-Sc) samples.O presente trabalho envolveu o estudo do processamento de ligas Al-3, -5 e -10% Mg-0,1% Sc por Solidificação Direcional (SD) e por Refusão Superficial a Laser (RSL), e correlações das microestruturas com as propriedades mecânicas e as taxas de resfriamento dos processos. Devido à combinação de baixa massa específica, excelente propriedade mecânica e resistência à corrosão, essas ligas podem ser aplicadas nos setores aeroespacial, automotivo e microeletrônica. Como a microestrutura depende da composição química e das condições de processamento, estudos mais aprofundados da solidificação dessas ligas são necessários. A taxa de resfriamento tem influência direta nas características microestruturais e morfológicas das fases. A SD ascendente possibilitou analisar microestruturas com diferentes taxas de resfriamento. O estudo das superfícies processadas por RSL ajudou no aprofundamento do tratamento a laser dessas ligas Al-Mg-Sc, que são altamente relevantes para a indústria atualmente. As ligas foram caracterizadas por microscopia óptica, difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão e varredura, propriedades de tração e dureza. As técnicas de solidificação propostas nesse estudo são complementares e permitiram um amplo mapeamento e correlação das microestruturas em função dos parâmetros térmicos de solidificação. Destaca-se a variedade microestrutural e morfológica que foi obtida nas três ligas de Al-Mg-Sc por SD ascendente, com a presença tanto de células quanto de morfologias dendríticas. A liga SD Al-5%Mg-0,1%Sc apresentou resistência mecânica superior atribuída a sua microestrutura mais refinada, composta por células. A RSL aumentou a dureza das ligas e promoveu refino da microestrutura da camada superficial, reduzindo o espaçamento celular em aproximadamente 20 x quando comparada as amostras SD. A redução do aporte térmico no processo RSL resultou no aumento da dureza Vickers das amostras Al-3% e -5%Mg(-Sc), cerca de 15-20% em relação às amostras SD.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.501022/2020-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAl-Mg-ScSolidificaçãoRefusão Superficial a LaserCaracterização microestruturalPropriedades mecânicasDirectional SolidificationLaser Surface RemeltingMicrostructurePropertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAProdução e caracterização de ligas Al-(3, 5, 10)Mg-0,1Sc por solidificação direcional e refusão superficial a laserProduction and characterization of Al-(3, 5, 10)Mg-0.1Sc alloys by directional solidification and laser surface remeltinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALAnderson Thadeu Nunes - Tese.pdfAnderson Thadeu Nunes - Tese.pdfAnderson Thadeu Nunes - Teseapplication/pdf17839128https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19681/1/Anderson%20Thadeu%20Nunes%20-%20Tese.pdfb941ff64bcf07304ad8cf24bddeff7c4MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/19681/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52ufscar/196812024-05-20 11:37:19.575oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/19681Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-20T11:37:19Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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