Desenvolvimento de vidro metálico de elevada resistência à corrosão e ao desgaste utilizando ferro-gusa como precursor
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18521 |
Resumo: | Metallic glasses exhibit exceptional properties such as high mechanical strength, thermal stability, and excellent magnetic properties. In this study, our aim was to develop a high corrosion and wear-resistant metallic glass from pig iron, a ferrous alloy with high impurity content and low added value. Two alloys, Fe68Cr8(C,B)24 and Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22, composed of pig iron and commercially pure elements, were produced using an electric arc furnace. The alloys were processed via melt-spinning to obtain metallic ribbons and through centrifugal casting into copper molds to produce 1 mm thick plates. Characterization of the alloys involved X-ray diffraction, exploratory scanning calorimetry, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Vickers microhardness, electrochemical, and tribological tests. While the alloys processed by centrifugal casting did not vitrify due to slower cooling rates, they exhibited high hardness, surpassing 1000 HV, resulting in significant wear resistance. On the other hand, the Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22 alloy produced by melt-spinning successfully formed a fully vitrified structure. This vitreous nature was confirmed through X-ray diffraction, including synchrotron radiation, and transmission electron microscopy. The glass transition temperature was approximately 553°C, with crystallization initiation at 574°C and a supercooled liquid region of 21°C. The Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22 alloy demonstrated higher hardness compared to pig iron (1070 vs. 666 HV0.1, respectively) and greater stability in chloride-rich environments than the stainless steel 444, as evaluated by the passivation window before pitting corrosion (1253 vs. 738 mV, respectively) and easiness of re-passivation during the reverse scan. These results contribute to the production of resistant, hard, and cost-effective metallic glass alloys capable of meeting demanding applications. |
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Martins, Caio Lucas Gueiros PedrosaBotta Filho, Walter Joséhttp://lattes.cnpq.br/8956458007749112Koga, Guilherme Yuukihttp://lattes.cnpq.br/0933095081175012https://lattes.cnpq.br/82508990142678635ff970e6-e412-4981-b31f-8ad7c826d5cf2023-09-05T19:22:06Z2023-09-05T19:22:06Z2023-08-01MARTINS, Caio Lucas Gueiros Pedrosa. Desenvolvimento de vidro metálico de elevada resistência à corrosão e ao desgaste utilizando ferro-gusa como precursor. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18521.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18521Metallic glasses exhibit exceptional properties such as high mechanical strength, thermal stability, and excellent magnetic properties. In this study, our aim was to develop a high corrosion and wear-resistant metallic glass from pig iron, a ferrous alloy with high impurity content and low added value. Two alloys, Fe68Cr8(C,B)24 and Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22, composed of pig iron and commercially pure elements, were produced using an electric arc furnace. The alloys were processed via melt-spinning to obtain metallic ribbons and through centrifugal casting into copper molds to produce 1 mm thick plates. Characterization of the alloys involved X-ray diffraction, exploratory scanning calorimetry, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Vickers microhardness, electrochemical, and tribological tests. While the alloys processed by centrifugal casting did not vitrify due to slower cooling rates, they exhibited high hardness, surpassing 1000 HV, resulting in significant wear resistance. On the other hand, the Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22 alloy produced by melt-spinning successfully formed a fully vitrified structure. This vitreous nature was confirmed through X-ray diffraction, including synchrotron radiation, and transmission electron microscopy. The glass transition temperature was approximately 553°C, with crystallization initiation at 574°C and a supercooled liquid region of 21°C. The Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22 alloy demonstrated higher hardness compared to pig iron (1070 vs. 666 HV0.1, respectively) and greater stability in chloride-rich environments than the stainless steel 444, as evaluated by the passivation window before pitting corrosion (1253 vs. 738 mV, respectively) and easiness of re-passivation during the reverse scan. These results contribute to the production of resistant, hard, and cost-effective metallic glass alloys capable of meeting demanding applications.Os vidros metálicos possuem propriedades excepcionais, como alta resistência mecânica, estabilidade térmica e excelentes propriedades magnéticas. Neste estudo, buscamos desenvolver um vidro metálico altamente resistente à corrosão e ao desgaste a partir do ferro-gusa, uma liga ferrosa com alto teor de impurezas e baixo valor agregado. Duas ligas foram produzidas: Fe68Cr8(C,B)24 e Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22, compostas por ferro-gusa e elementos de pureza comercial, utilizando um forno a arco elétrico. As ligas foram processadas por melt-spinning para obter fitas metálicas, e por centrifugação em coquilha de cobre para obter placas de 1 mm de espessura. As ligas foram caracterizadas por difração de raios-X, calorimetria exploratória de varredura, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, microdureza Vickers, ensaios eletroquímicos e ensaios tribológicos. Enquanto as ligas processadas por centrifugação não se vitrificaram devido à taxa de resfriamento mais lenta, alcançamos alta dureza nessas ligas, superando 1000 HV, resultando em uma resistência ao desgaste significativa. Por outro lado, a liga Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22, produzida por melt-spinning, foi completamente vitrificada. A natureza vítrea foi confirmada por difração de raios-X, incluindo radiação de sincrotron, e microscopia eletrônica de transmissão. A temperatura de transição vítrea foi de aproximadamente 553°C, com início da cristalização em 574°C e um intervalo de temperatura de líquido super-resfriado de 21°C. A liga Fe62Cr8Nb4Mo4(C,B)22 demonstrou maior dureza em comparação ao ferro-gusa (1070 vs. 666 HV0.1, respectivamente) e maior estabilidade em meio rico em cloreto do que o aço inoxidável 444, avaliada pela janela de passivação antes da corrosão por pites (1253 vs. 738 mV, respectivamente) e facilidade de repassivação durante a varredura reversa. Esses resultados contribuem para a produção de ligas vítreas resistentes, duras e acessíveis, capazes de atender a aplicações exigentes.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo: 161113/2021-4, CNPqporUniversidade 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/openAccessFerro-gusaVidro metálicoCorrosãoDesgastePig ironMetallic glassCorrosionWearENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICADesenvolvimento de vidro metálico de elevada resistência à corrosão e ao desgaste utilizando ferro-gusa como precursorDevelopment of metallic glass with high resistance to corrosion and wear using pig iron as a precursorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600453733ad-53d2-45f3-a7af-8e048abbe83areponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18521/3/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53ORIGINALCaio Lucas Gueiros Pedrosa Martins - Dissertação.pdfCaio Lucas Gueiros Pedrosa Martins - Dissertação.pdfapplication/pdf11345450https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18521/2/Caio%20Lucas%20Gueiros%20Pedrosa%20Martins%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf6b70a938215d52474d7ef07128e9948cMD52TEXTCaio Lucas Gueiros Pedrosa Martins - Dissertação.pdf.txtCaio Lucas Gueiros Pedrosa Martins - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain126017https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18521/4/Caio%20Lucas%20Gueiros%20Pedrosa%20Martins%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.txtc939f6e1db2476224d6be731e1152ae8MD54ufscar/185212024-05-14 18:31:23.366oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18521Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T18:31:23Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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