Caracterização da liga Al-Fe-Cr-Ti obtida por compactação uniaxial a quente e comparação de sua microestrutura e propriedades com amostras produzidas por Fusão Seletiva a Laser

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teodoro, Nicole Silva
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16285
Resumo: Quasicrystalline phase former aluminum-based alloys have been drawing attention due to their characteristics of composite material, with a ductile matrix with quasicrystalline reinforcement of high hardness, showing mechanical strength at high temperatures. These composites are promissory mainly to the automobilist, aerospace industry and applications that require a thermal and electrical barrier, anti-corrosion and non-stick. Such characteristics are only possible due to the presence of quasicrystals phases (QC), which have an intermediate structure between the amorphous and crystalline. For the case of metastable QC-forming aluminum alloys, high cooling rates are needed so that QC phases can be formed. A process that allows the formation of metastable QC phases is gas atomization, however, this process turns to restrict the straight application since it produces a powder material. Therefore, it is necessary an additional process step to obtain a bulk geometry. In this context, the present work proposed to produce samples of the quasicrystalline phase former Al95Fe2Cr2T1 alloy, through Hot Uniaxial Pressure (HUP) of powder; a study doesn’t exist in the literature so far, with parameters of temperature (350, 400 and 450 °C) and pressure (1 and 1.5 GPa). Characterize its microstructure and mechanical properties and, finally, compare the reported results for the same alloy that was processed by Selective Laser Melting (SLM). The characterization of the produced samples by HUP included the quantification of voids, analyses of X-ray diffraction (DRX), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), microhardness Vickers, compressive mechanical tests, and fracture surfaces analysis. The minimum porosity of the samples was 0,3%. The DRX and DSC results have shown that QC phases suffer decomposition, mainly with the increase of the compaction process temperature. SEM reinforced the DRX and DSC results, showing the presence of spherical regular phases that decompose into irregular rosette-shaped phases, mainly when the temperature is increased. The optimized sample (450 °C and 1,5 GPa), obtained a compressive stress of 577 MPa, compressive strain of 30% and hardness of 130 HV. Through comparison of the results, the SLM process reported in the literature, demonstrated to be a more promising route to Al95Fe2Cr2Ti1 alloy, once it obtained samples with less porosity (0,05%), higher QC phase stability, which has shown to be significantly more refined, resulting in compressive strength of 792 ± 38 MPa at room temperature with 37 ± 8% of compressive strain and a microhardness of 180 HV.
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These composites are promissory mainly to the automobilist, aerospace industry and applications that require a thermal and electrical barrier, anti-corrosion and non-stick. Such characteristics are only possible due to the presence of quasicrystals phases (QC), which have an intermediate structure between the amorphous and crystalline. For the case of metastable QC-forming aluminum alloys, high cooling rates are needed so that QC phases can be formed. A process that allows the formation of metastable QC phases is gas atomization, however, this process turns to restrict the straight application since it produces a powder material. Therefore, it is necessary an additional process step to obtain a bulk geometry. In this context, the present work proposed to produce samples of the quasicrystalline phase former Al95Fe2Cr2T1 alloy, through Hot Uniaxial Pressure (HUP) of powder; a study doesn’t exist in the literature so far, with parameters of temperature (350, 400 and 450 °C) and pressure (1 and 1.5 GPa). Characterize its microstructure and mechanical properties and, finally, compare the reported results for the same alloy that was processed by Selective Laser Melting (SLM). The characterization of the produced samples by HUP included the quantification of voids, analyses of X-ray diffraction (DRX), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), microhardness Vickers, compressive mechanical tests, and fracture surfaces analysis. The minimum porosity of the samples was 0,3%. The DRX and DSC results have shown that QC phases suffer decomposition, mainly with the increase of the compaction process temperature. SEM reinforced the DRX and DSC results, showing the presence of spherical regular phases that decompose into irregular rosette-shaped phases, mainly when the temperature is increased. The optimized sample (450 °C and 1,5 GPa), obtained a compressive stress of 577 MPa, compressive strain of 30% and hardness of 130 HV. Through comparison of the results, the SLM process reported in the literature, demonstrated to be a more promising route to Al95Fe2Cr2Ti1 alloy, once it obtained samples with less porosity (0,05%), higher QC phase stability, which has shown to be significantly more refined, resulting in compressive strength of 792 ± 38 MPa at room temperature with 37 ± 8% of compressive strain and a microhardness of 180 HV.Ligas de alumínio formadoras de fases quasicristalinas (QC), vem chamando atenção devido as suas características de material compósito, de matriz dútil com reforço quasicristalino de elevada dureza, apresentando resistência mecânica em elevadas temperaturas. Esses compósitos metálicos são promissores principalmente para a indústria automobilística e aeroespacial, em aplicações estruturais em temperatura ambiente ou altas temperaturas. Tais características só são possíveis devido à presença das fases QC, as quais possuem estrutura intermediária entre a cristalina e a amorfa. Para o caso de ligas a base de alumínio formadoras de QC do tipo metaestável, altas taxas de resfriamento são necessárias para que as fases QC se formem. Um processo que permite a formação das fases QC metaestáveis é a atomização a gás, mas esse processo torna restritivo a sua aplicação direta, uma vez que se obtém material na forma de pó. Assim, é necessária uma rota de processamento posterior para consolidar o pó em um bulk. Dessa forma, o presente trabalho se propôs a produzir peças da liga de alumínio formadora de quasicristais Al95Fe2Cr2Ti1, por Compactação Uniaxial a Quente (CUQ) de pós, com parâmetros de temperatura (350, 400 e 450 °C) e pressão (1 e 1,5 GPa). Estudo este, não existente na literatura até o momento; caracterizá-las quanto a microestrutura e propriedades mecânicas e por fim comparar estes resultados com aqueles obtidos para a mesma liga quando processada por Fusão Seletiva a Laser (FSL), estudo este, já existente na literatura. A caracterização das amostras produzidas por CUQ envolveu quantificação de vazios, (análises de difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microdureza Vickers, ensaio mecânico de compressão e análise das superfícies de fratura. A porosidade mínima das peças foi de 0,3%. Por DRX e DSC evidenciou-se que o as fases QC sofrem decomposição principalmente com o aumento da temperatura de processo de compactação. O MEV reforçou os resultados de DRX e DSC, mostrando a presença de fases regulares esféricas que se decompuseram em fases irregulares de formato de rosetas. A amostra usada para avaliar a resistência mecânica compressiva, obtida em 450 °C e 1,5 GPa, obteve resultado de 577 MPa, com deformação de 30% e dureza de 130 HV. Por comparação dos resultados, o processo de FSL apresentado na literatura, demonstra ser uma rota mais promissora para a liga Al95Fe2Cr2Ti1, uma vez que se obteve peças menos porosas (0,05%), com maior estabilidade das fases QC, as quais se apresentaram significativamente mais refinadas, resultando em uma maior resistência a compressão de 792 ± 38 MPa em temperatura ambiente com 37 ± 8% de deformação e dureza de 180 HV.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2017/27031-4porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia de Materiais - EMaUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessQuasicristaisLigas de alumínioCompactação uniaxial a quenteFusão seletiva a laserQuasicrystalsAluminum alloysHot uniaxial pressureSelective laser meltingENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICACaracterização da liga Al-Fe-Cr-Ti obtida por compactação uniaxial a quente e comparação de sua microestrutura e propriedades com amostras produzidas por Fusão Seletiva a LaserCharacterization of the Al-Fe-Cr-Ti alloy obtained by hot uniaxial pressure and comparison of its microstructure and properties with samples produced by Selective Laser Meltinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis6008cb1c1b0-0807-4073-8a7d-eba0dc29feafreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALNicole Silva Teodoro.pdfNicole Silva Teodoro.pdfapplication/pdf3434671https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16285/1/Nicole%20Silva%20Teodoro.pdfc6a863faac98036f427b45a482e17ed5MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16285/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTNicole Silva Teodoro.pdf.txtNicole Silva Teodoro.pdf.txtExtracted texttext/plain79688https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16285/3/Nicole%20Silva%20Teodoro.pdf.txt1e94837107cadd40bd92f438c2b3e9a1MD53THUMBNAILNicole Silva Teodoro.pdf.jpgNicole Silva Teodoro.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8359https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16285/4/Nicole%20Silva%20Teodoro.pdf.jpg4ccb2fbb6cf6427d2a632287ecc46d35MD54ufscar/162852023-09-18 18:32:24.042oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16285Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:24Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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