Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665 |
Resumo: | Monotectic Al-based ternary alloys can result in a good combination of wear resistance and mechanical strength. While the soft self-lubricating elements contribute to an appropriate wear resistance, modification with third elements can increase the load-bearing capacity. The control of thermal solidification parameters, under conditions of transient heat flow, may provide an optimized distribution of the minority soft phase of Bismuth (Bi) incorporated in an Al-rich matrix. In the present study, Al-Bi, Al-Bi-Zn and Al-Bi-Cu alloys were generated by directional solidification technique, having the microstructures characterized and dimensioned based on the cooling rates (Ṫ). The main objective is to evaluate the influences of the addition of elements - typical hardeners in Al alloys: 3wt.% zinc (Zn) and 3wt.% copper (Cu) - in the microstructures (through Bi spacing, λBi), tensile properties and wear resistances of the monotectic Al-3,2 wt.% Bi alloy. These additions contribute to the development of light and more resistant alloys in new designs of sliding bearings, whose demands are increasing. It is shown that the addition of Cu promotes 50% of microstructural refining (from 88 μm to 44 μm, for Ṫ = 1 ° C/s), almost doubles the wear resistance (average worn volume, V, reduced from 0.43 mm3 to 0.27 mm3 for 60 minutes of testing) and more than doubles the ultimate tensile strength (from 70 MPa to 165 MPa) with a decrease in elongation-to-fracture (from 40% to 25%) compared to the Al-3.2 wt.% Bi alloy. Regarding to the addition of Zn, although there is some microstructural refinement (40% for Ṫ = 1 ° C/s), little contribution was observed in the application properties. Hall-Petch equations correlating the tensile properties with the interphase spacing (λBi) have been proposed, as well as relationships between the V as a function of both λBi and test time (t). |
id |
SCAR_995bf475e17a6c9db46e7948fae5e0ec |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14665 |
network_acronym_str |
SCAR |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
repository_id_str |
|
spelling |
Reyes, Rodrigo André ValenzuelaSpinelli, José Eduardohttp://lattes.cnpq.br/8882038118634925http://lattes.cnpq.br/93572632009519322021-07-26T12:33:54Z2021-07-26T12:33:54Z2021-06-16REYES, Rodrigo André Valenzuela. Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665Monotectic Al-based ternary alloys can result in a good combination of wear resistance and mechanical strength. While the soft self-lubricating elements contribute to an appropriate wear resistance, modification with third elements can increase the load-bearing capacity. The control of thermal solidification parameters, under conditions of transient heat flow, may provide an optimized distribution of the minority soft phase of Bismuth (Bi) incorporated in an Al-rich matrix. In the present study, Al-Bi, Al-Bi-Zn and Al-Bi-Cu alloys were generated by directional solidification technique, having the microstructures characterized and dimensioned based on the cooling rates (Ṫ). The main objective is to evaluate the influences of the addition of elements - typical hardeners in Al alloys: 3wt.% zinc (Zn) and 3wt.% copper (Cu) - in the microstructures (through Bi spacing, λBi), tensile properties and wear resistances of the monotectic Al-3,2 wt.% Bi alloy. These additions contribute to the development of light and more resistant alloys in new designs of sliding bearings, whose demands are increasing. It is shown that the addition of Cu promotes 50% of microstructural refining (from 88 μm to 44 μm, for Ṫ = 1 ° C/s), almost doubles the wear resistance (average worn volume, V, reduced from 0.43 mm3 to 0.27 mm3 for 60 minutes of testing) and more than doubles the ultimate tensile strength (from 70 MPa to 165 MPa) with a decrease in elongation-to-fracture (from 40% to 25%) compared to the Al-3.2 wt.% Bi alloy. Regarding to the addition of Zn, although there is some microstructural refinement (40% for Ṫ = 1 ° C/s), little contribution was observed in the application properties. Hall-Petch equations correlating the tensile properties with the interphase spacing (λBi) have been proposed, as well as relationships between the V as a function of both λBi and test time (t).Ligas monotéticas ternárias à base de Al podem resultar em uma boa combinação de resistência ao desgaste e resistência mecânica. Enquanto os elementos macios autolubrificantes contribuem para uma resistência adequada ao desgaste, a modificação com terceiros elementos pode aumentar a capacidade de suportar a carga. O controle dos parâmetros térmicos de solidificação, sob condições de fluxo de calor transiente, proporciona uma distribuição otimizada da fase de baixa dureza minoritária de Bismuto (Bi) incorporada em uma matriz rica em Al. No presente estudo, ligas Al-Bi, Al-Bi-Zn e Al-Bi-Cu foram geradas por solidificação direcional tendo as microestruturas caracterizadas e dimensionadas com base nas taxas de resfriamento (Ṫ). O objetivo principal é avaliar as influências da adição de elementos - endurecedores típicos em ligas de Al: 3% de zinco, Zn e 3% de cobre, Cu - nas microestruturas (espaçamento interfásico, λBi), propriedades mecânicas de tração e resistência ao desgaste da liga monotética Al-3,2%Bi (% em peso). Essas adições contribuem com o desenvolvimento de ligas leves e mais resistentes em novos projetos de mancais de deslizamento, cujas demandas são crescentes. É demonstrado que a adição de Cu promove o refino microestrutural da ordem de 50% (de 88 μm para 44 μm, para Ṫ = 1 °C/s), quase dobra a resistência ao desgaste, com volume médio desgastado, V, reduzindo de 0,43 mm3 para 0,27 mm3 para 60 minutos de ensaio, e mais que dobra a resistência à tração (passando de 70 MPa para 165 MPa), com redução na ductilidade (alongamento de 40 % para 25 %) em relação à liga binária Al-3,2%Bi. Com a adição de Zn, embora haja refinamento microestrutural (da ordem de 40 % para Ṫ = 1 °C/s), pouca contribuição foi observada nas propriedades da aplicação. Equações de Hall-Petch correlacionando as propriedades de tração com λBi foram propostas, assim como, relações entre o V em função de λBi e o tempo de ensaio (t).Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 142014/2017-6porUniversidade 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/openAccessSolidificaçãoDesgasteLigas ternáriasLigas monotéticasAl-BiAl-Bi-ZnAl-Bi-CuPropriedades mecânicasSolidificationWearTernary alloysMonotectic alloysMechanical propertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAAvaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-ZnEvaluation of as-solidified microstructures and application properties of Al-Bi, Al-Bi-Cu and Al-Bi-Zn monotectic alloysinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTESE RReyes.pdfTESE RReyes.pdfTese Versão Finalapplication/pdf10754669https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/1/TESE%20RReyes.pdf28c1ca4010e7d79333c8f504b4898397MD51BCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdfCarta Comprovante assinada pelo Orientadorapplication/pdf436975https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf5b84f009dbb582f511901b642d614732MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTTESE RReyes.pdf.txtTESE RReyes.pdf.txtExtracted texttext/plain247242https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/4/TESE%20RReyes.pdf.txt14fdcdf8ac14786f55c06b2220e27c6cMD54BCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILTESE RReyes.pdf.jpgTESE RReyes.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6452https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/5/TESE%20RReyes.pdf.jpg9870574bd73546e1154dbf21af6b3fb2MD55BCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento - P.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12818https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf.jpg5dce32c419c4e79e6cc9c0cf3352da67MD57ufscar/146652021-07-27 03:16:23.125oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14665Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222021-07-27T03:16:23Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Evaluation of as-solidified microstructures and application properties of Al-Bi, Al-Bi-Cu and Al-Bi-Zn monotectic alloys |
title |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
spellingShingle |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn Reyes, Rodrigo André Valenzuela Solidificação Desgaste Ligas ternárias Ligas monotéticas Al-Bi Al-Bi-Zn Al-Bi-Cu Propriedades mecânicas Solidification Wear Ternary alloys Monotectic alloys Mechanical properties ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
title_short |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
title_full |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
title_fullStr |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
title_full_unstemmed |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
title_sort |
Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn |
author |
Reyes, Rodrigo André Valenzuela |
author_facet |
Reyes, Rodrigo André Valenzuela |
author_role |
author |
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/9357263200951932 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Reyes, Rodrigo André Valenzuela |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Spinelli, José Eduardo |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8882038118634925 |
contributor_str_mv |
Spinelli, José Eduardo |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Solidificação Desgaste Ligas ternárias Ligas monotéticas Al-Bi Al-Bi-Zn Al-Bi-Cu Propriedades mecânicas |
topic |
Solidificação Desgaste Ligas ternárias Ligas monotéticas Al-Bi Al-Bi-Zn Al-Bi-Cu Propriedades mecânicas Solidification Wear Ternary alloys Monotectic alloys Mechanical properties ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Solidification Wear Ternary alloys Monotectic alloys Mechanical properties |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
description |
Monotectic Al-based ternary alloys can result in a good combination of wear resistance and mechanical strength. While the soft self-lubricating elements contribute to an appropriate wear resistance, modification with third elements can increase the load-bearing capacity. The control of thermal solidification parameters, under conditions of transient heat flow, may provide an optimized distribution of the minority soft phase of Bismuth (Bi) incorporated in an Al-rich matrix. In the present study, Al-Bi, Al-Bi-Zn and Al-Bi-Cu alloys were generated by directional solidification technique, having the microstructures characterized and dimensioned based on the cooling rates (Ṫ). The main objective is to evaluate the influences of the addition of elements - typical hardeners in Al alloys: 3wt.% zinc (Zn) and 3wt.% copper (Cu) - in the microstructures (through Bi spacing, λBi), tensile properties and wear resistances of the monotectic Al-3,2 wt.% Bi alloy. These additions contribute to the development of light and more resistant alloys in new designs of sliding bearings, whose demands are increasing. It is shown that the addition of Cu promotes 50% of microstructural refining (from 88 μm to 44 μm, for Ṫ = 1 ° C/s), almost doubles the wear resistance (average worn volume, V, reduced from 0.43 mm3 to 0.27 mm3 for 60 minutes of testing) and more than doubles the ultimate tensile strength (from 70 MPa to 165 MPa) with a decrease in elongation-to-fracture (from 40% to 25%) compared to the Al-3.2 wt.% Bi alloy. Regarding to the addition of Zn, although there is some microstructural refinement (40% for Ṫ = 1 ° C/s), little contribution was observed in the application properties. Hall-Petch equations correlating the tensile properties with the interphase spacing (λBi) have been proposed, as well as relationships between the V as a function of both λBi and test time (t). |
publishDate |
2021 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2021-07-26T12:33:54Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2021-07-26T12:33:54Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2021-06-16 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
format |
doctoralThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
REYES, Rodrigo André Valenzuela. Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665 |
identifier_str_mv |
REYES, Rodrigo André Valenzuela. Avaliação das microestruturas de solidificação e propriedades de aplicação de ligas monotéticas Al-Bi, Al-Bi-Cu e Al-Bi-Zn. 2021. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665. |
url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14665 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus São Carlos |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
instacron_str |
UFSCAR |
institution |
UFSCAR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/1/TESE%20RReyes.pdf https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/3/license_rdf https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/4/TESE%20RReyes.pdf.txt https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf.txt https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/5/TESE%20RReyes.pdf.jpg https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14665/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento%20-%20P.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
28c1ca4010e7d79333c8f504b4898397 5b84f009dbb582f511901b642d614732 e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 14fdcdf8ac14786f55c06b2220e27c6c 68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940 9870574bd73546e1154dbf21af6b3fb2 5dce32c419c4e79e6cc9c0cf3352da67 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1777472139937447936 |