Estudo da obtenção de compósitos metal-metal e ligas metálicas por extrusão em canal angular de pós elementares
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG |
Texto Completo: | http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3389 |
Resumo: | A deformação plástica severa de materiais metálicos foi desenvolvida com o intuito de obter microestruturas altamente refinadas, entretanto, diversos pesquisadores também observaram a eficácia deste método para uma eficaz consolidação de pós e a obtenção de compósitos de matriz metálica. Desta forma, neste trabalho estudou-se a Extrusão em Canal Angular (ECA) como método de obtenção de ligas metálicas e compósitos metal-metal a partir de misturas de pós metálicos elementares, consolidação destes pós e posterior tratamento térmico. Em um estudo inicial, uma mistura de pós de ferro, cromo, níquel e manganês, na proporção em massa de Fe-25Cr-20Ni-2Mn, foi consolidada em temperatura ambiente com 1 e 2 passes, utilizando uma matriz de ECA de Φ = 120°. Ambas as amostras foram também sujeitas a tratamento térmico a 1100°C por 1 hora. Análises por microscopia óptica e eletrônica mostraram densificação, a verde, de 97% após 1 passe e 98,4% após 2 passes. Tratamentos térmicos levaram a um aumento na densificação para aproximadamente 99% em ambas as amostras. A dureza Vickers dos diferentes elementos foi caracterizada, na qual observou-se um aumento substancial, especialmente no primeiro passe. Análises de composição química por MEV/EDS mostraram a interdifusão entre partículas após tratamento térmico, indicando a possibilidade de obter ligas por esta rota de processamento. Em um segundo estudo, investigou-se o efeito da temperatura na consolidação por ECA (Φ = 90°) de uma mistura de pós elementares de alumínio e cobre, na proporção de 1:1, em volume. Consolidações foram realizadas em temperatura ambiente com 1 e 4 passes (rota Bc) e em temperatura criogênica com 1 passe, submergindo a matriz de ECA em nitrogênio líquido. A análise das amostras mostrou que as amostras consolidadas em temperatura criogênica apresentaram maior densificação e dureza do que as amostras consolidadas em temperatura ambiente; sendo comparáveis às amostras submetidas a 4 passes em temperatura ambiente. Por meio de ensaios de tração em amostras de alumínio e cobre, comercialmente puros, utilizados como referência para comparação, observou-se um aumento simultâneo na resistência mecânica e na ductilidade destes materiais em temperatura criogênica. A análise dos resultados indica uma possível supressão parcial nos mecanismos de recuperação dinâmica durante a deformação em temperatura criogênica, permitindo uma maior deformação dos materiais nessa temperatura pela inibição de instabilidades plásticas. Análises de EBSD dos metais consolidados por ECA indicaram refino microestrutural e a obtenção de grãos entre 0,1 μm e 1 μm para alumínio e cobre, assim como uma evolução microestrutural no sentido de maiores frações de contornos de grão de alto ângulo em maiores deformações equivalentes. Após submetidas a tratamentos térmicos a 500 °C por 15, 30, 45 e 60 minutos, as amostras de Al-Cu apresentaram uma microestrutura complexa de intermetálicos, na qual a fase Al2Cu (θ) é formada inicialmente, seguida da fase Al4Cu9 (γ1) e de uma camada intermediária de composição química variável (δ + ζ2 + η2). O aumento do tempo de tratamento térmico levou ao espessamento da camada de γ1 + δ + ζ2 + η2 e à formação severa de microtrincas ao longo da microestrutura, pela contração volumétrica associada à formação de intermetálicos ricos em cobre. |
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Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2020.http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3389A deformação plástica severa de materiais metálicos foi desenvolvida com o intuito de obter microestruturas altamente refinadas, entretanto, diversos pesquisadores também observaram a eficácia deste método para uma eficaz consolidação de pós e a obtenção de compósitos de matriz metálica. Desta forma, neste trabalho estudou-se a Extrusão em Canal Angular (ECA) como método de obtenção de ligas metálicas e compósitos metal-metal a partir de misturas de pós metálicos elementares, consolidação destes pós e posterior tratamento térmico. Em um estudo inicial, uma mistura de pós de ferro, cromo, níquel e manganês, na proporção em massa de Fe-25Cr-20Ni-2Mn, foi consolidada em temperatura ambiente com 1 e 2 passes, utilizando uma matriz de ECA de Φ = 120°. Ambas as amostras foram também sujeitas a tratamento térmico a 1100°C por 1 hora. Análises por microscopia óptica e eletrônica mostraram densificação, a verde, de 97% após 1 passe e 98,4% após 2 passes. Tratamentos térmicos levaram a um aumento na densificação para aproximadamente 99% em ambas as amostras. A dureza Vickers dos diferentes elementos foi caracterizada, na qual observou-se um aumento substancial, especialmente no primeiro passe. Análises de composição química por MEV/EDS mostraram a interdifusão entre partículas após tratamento térmico, indicando a possibilidade de obter ligas por esta rota de processamento. Em um segundo estudo, investigou-se o efeito da temperatura na consolidação por ECA (Φ = 90°) de uma mistura de pós elementares de alumínio e cobre, na proporção de 1:1, em volume. Consolidações foram realizadas em temperatura ambiente com 1 e 4 passes (rota Bc) e em temperatura criogênica com 1 passe, submergindo a matriz de ECA em nitrogênio líquido. A análise das amostras mostrou que as amostras consolidadas em temperatura criogênica apresentaram maior densificação e dureza do que as amostras consolidadas em temperatura ambiente; sendo comparáveis às amostras submetidas a 4 passes em temperatura ambiente. Por meio de ensaios de tração em amostras de alumínio e cobre, comercialmente puros, utilizados como referência para comparação, observou-se um aumento simultâneo na resistência mecânica e na ductilidade destes materiais em temperatura criogênica. A análise dos resultados indica uma possível supressão parcial nos mecanismos de recuperação dinâmica durante a deformação em temperatura criogênica, permitindo uma maior deformação dos materiais nessa temperatura pela inibição de instabilidades plásticas. Análises de EBSD dos metais consolidados por ECA indicaram refino microestrutural e a obtenção de grãos entre 0,1 μm e 1 μm para alumínio e cobre, assim como uma evolução microestrutural no sentido de maiores frações de contornos de grão de alto ângulo em maiores deformações equivalentes. Após submetidas a tratamentos térmicos a 500 °C por 15, 30, 45 e 60 minutos, as amostras de Al-Cu apresentaram uma microestrutura complexa de intermetálicos, na qual a fase Al2Cu (θ) é formada inicialmente, seguida da fase Al4Cu9 (γ1) e de uma camada intermediária de composição química variável (δ + ζ2 + η2). O aumento do tempo de tratamento térmico levou ao espessamento da camada de γ1 + δ + ζ2 + η2 e à formação severa de microtrincas ao longo da microestrutura, pela contração volumétrica associada à formação de intermetálicos ricos em cobre.Severe plastic deformation of metals was initially developed for obtaining ultrafine grained microstructures; however, researchers have also been using these techniques for powder consolidation and the obtaining of metal-based composites. In this work, Equal Channel Angular Pressing (ECAP) was used as a technique for the consolidation of from blended elemental powders and posterior obtaining of alloys and metal-metal composites after heat treatment. In an initial work, blended elemental powders of iron, chromium, nickel and manganese (Fe-25Cr-20Ni-2Mn wt.%) were consolidated by ECAP in a Φ = 120° die by using 1 and 2 passes by route A. Both samples were after subjected to heat treatment at 1100°C for one hour. Optical and electron microscope analysis have demonstrated green densification of 97% after one pass and 98.4% after two passes. Heat treatment led to densification of about 99% for both samples. Vickers hardness of all metals was measured and substantial improvement was observed, mostly in the first ECAP pass. Interdiffusion between adjacent particles was observed by SEM/EDX analysis of samples after heat treatment, indicating the potentiality of these routes for alloying. In a second study, the effect of temperature was investigated on the consolidation of blended elemental powders of aluminum and copper. A Φ = 90° die was used and consolidation were performed at room (1 and 4 passes by route Bc) and cryogenic temperature (1 pass). For cryogenic consolidation, the die was submerged in liquid nitrogen. The characterization of the samples revealed that cryogenic consolidation led to the formation of denser and harder microstructures, that were comparable to the one obtained after four passes at room temperature. Reference samples of commercially pure aluminum and copper were subjected to tensile tests at room and cryogenic temperatures, where a simultaneous increase in strength and ductility were observed at cryogenic temperature. Such results indicate that a partial suppression of the dynamic recovery mechanisms, at cryogenic temperature, may have allowed higher plastic deformation by the inhibition of plastic instabilities. EBSD analysis of ECAPed samples have revealed a microstructure of submicrometric grains (0,1 μm-1 μm) for both metals, as well as the development of a higher fraction of high angle grain boundaries for higher equivalent strains. After heat treated at 500 °C for 15, 30, 45 and 60 minutes, the Al-Cu samples have presented a microstructure of intermetallics and partially dissolved Al and Cu particles. Initially, the Al2Cu (θ) phase was formed, followed by Al4Cu9 (γ1) phase and an intermediate area with variable chemical composition (δ + ζ2 + η2). Longer heat treatments have led to the thickening of the γ1 + δ + ζ2 + η2 layer and the formation of microcracks along the microstructure, due to volumetric shrinking associated to the formation of Cu-rich intermetallics.Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2021-06-14T12:37:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ricardo Sanson Namur.pdf: 10087654 bytes, checksum: 0ce09cc7024b40bc2a331a47666751b2 (MD5)Made available in DSpace on 2021-06-14T12:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Ricardo Sanson Namur.pdf: 10087654 bytes, checksum: 0ce09cc7024b40bc2a331a47666751b2 (MD5) Previous issue date: 2020-11-18Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Estadual de Ponta GrossaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de MateriaisUEPGBrasilDepartamento de Engenharia de MateriaisAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICADeformação plástica severaExtrusão em canal angularCompósitos de matriz metálicaCompósitos metal-metalMetalurgia do póSevere plastic deformationEqual channel angular pressingMetal matrix compositesMetal-metal compositesPowder metallurgyEstudo da obtenção de compósitos metal-metal e ligas metálicas por extrusão em canal angular de pós elementaresinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPGinstname:Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)instacron:UEPGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3389/3/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3389/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52ORIGINALRicardo Sanson Namur.pdfRicardo Sanson Namur.pdftese completa em pdfapplication/pdf10087654http://tede2.uepg.br/jspui/bitstream/prefix/3389/1/Ricardo%20Sanson%20Namur.pdf0ce09cc7024b40bc2a331a47666751b2MD51prefix/33892021-06-14 10:46:01.187oai:tede2.uepg.br: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 Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://tede2.uepg.br/jspui/PUBhttp://tede2.uepg.br/oai/requestbicen@uepg.br||mv_fidelis@yahoo.com.bropendoar:2021-06-14T13:46:01Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG - Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG)false |
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