Solidificação direcional e resistência ao desgaste de ligas Zn-8%Al-x%Cu
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32050 |
Resumo: | O zinco é um dos metais não-ferrosos mais produzidos depois do alumínio e do cobre em aplicações funcionais e decorativas. O principal avanço na indústria da fundição para ligas à base de zinco nos últimos anos foi no desenvolvimento de novas ligas do sistema zinco-alumínio. Entretanto, as ligas Zn-Al apresentam baixo nível de lubrificação, baixa ductilidade em temperatura ambiente e redução da resistência mecânica em alta temperatura. Neste sentido, esse trabalho objetiva estudar os efeitos da adição do cobre (Cu) nos parâmetros térmicos como taxa de resfriamento e velocidade de solidificação (ṪL/VL-isoterma liquidus e ṪE/VE-frente eutética), na microestrutura, na dureza e resistência ao desgaste de uma liga hipereutética Zn-8%Al. Técnicas como Difração de Raios-X (DRX), Fluorescência de Raios-X (FRX), Microscopia ótica (MO) e Eletrônica de Varredura (MEV) foram utilizadas para caracterizar as amostras brutas de fusão. Os resultados mostraram que as ligas Zn-Al-Cu são formadas por uma matriz eutética [(Zn)+(Al+Zn)] com morfologia lamelar e fibrosa contendo também partículas intermetálicas τ’-Al4Cu3Zn em seu interior e dendritas pró-eutéticas (Al’) ricas em Al, com lamelas alternadas de Al e Zn, provenientes da transformação eutetóide [(Al’)↔(Al)+(Zn)]. A adição de 0,8%Cu não causou mudanças no espaçamento dendrítico secundário (λ2), enquanto que o teor de 1,3%Cu refinou ligeiramente o arranjo dendrítico. As adições de Cu engrossaram os eutéticos fibroso (λEF) e lamelar (λEL) da liga binária Zn8%Al, com exceção da liga Zn-8%Al-1,3%Cu, que apresentou um refinamento do eutético fibroso para VE>0,30 mm/s. Um aumento na dureza foi observado para ambas as ligas modificadas com Cu devido o mecanismo de endurecimento por solução sólida e presença do intermetálico τ’-Al4Cu3Zn. Um expressivo aumento de 73,4% tem sido notado devido a adição de 1,3%Cu, que está relacionada com menores espaçamentos eutéticos fibrosos. A liga Zn8%Al-0,8%Cu apresentou maior resistência ao desgaste associada com menor fração de τ’-Al4Cu3Zn. |
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Entretanto, as ligas Zn-Al apresentam baixo nível de lubrificação, baixa ductilidade em temperatura ambiente e redução da resistência mecânica em alta temperatura. Neste sentido, esse trabalho objetiva estudar os efeitos da adição do cobre (Cu) nos parâmetros térmicos como taxa de resfriamento e velocidade de solidificação (ṪL/VL-isoterma liquidus e ṪE/VE-frente eutética), na microestrutura, na dureza e resistência ao desgaste de uma liga hipereutética Zn-8%Al. Técnicas como Difração de Raios-X (DRX), Fluorescência de Raios-X (FRX), Microscopia ótica (MO) e Eletrônica de Varredura (MEV) foram utilizadas para caracterizar as amostras brutas de fusão. Os resultados mostraram que as ligas Zn-Al-Cu são formadas por uma matriz eutética [(Zn)+(Al+Zn)] com morfologia lamelar e fibrosa contendo também partículas intermetálicas τ’-Al4Cu3Zn em seu interior e dendritas pró-eutéticas (Al’) ricas em Al, com lamelas alternadas de Al e Zn, provenientes da transformação eutetóide [(Al’)↔(Al)+(Zn)]. A adição de 0,8%Cu não causou mudanças no espaçamento dendrítico secundário (λ2), enquanto que o teor de 1,3%Cu refinou ligeiramente o arranjo dendrítico. As adições de Cu engrossaram os eutéticos fibroso (λEF) e lamelar (λEL) da liga binária Zn8%Al, com exceção da liga Zn-8%Al-1,3%Cu, que apresentou um refinamento do eutético fibroso para VE>0,30 mm/s. Um aumento na dureza foi observado para ambas as ligas modificadas com Cu devido o mecanismo de endurecimento por solução sólida e presença do intermetálico τ’-Al4Cu3Zn. Um expressivo aumento de 73,4% tem sido notado devido a adição de 1,3%Cu, que está relacionada com menores espaçamentos eutéticos fibrosos. A liga Zn8%Al-0,8%Cu apresentou maior resistência ao desgaste associada com menor fração de τ’-Al4Cu3Zn.Zinc is one of the most non-ferrous metals produced after aluminum and copper in functional and decorative applications. The main advance in the foundry industry for zinc-based alloys in recent years has been in the development of new zinc-aluminum alloys. However, Zn-Al alloys have a low lubrication level, low ductility at room temperature and reduced mechanical strength at high temperature. In this sense, this work aims to study the effects of Cu additions on the solidification thermal parameters such as cooling and growth rates (ṪL/VL-liquidus isotherm and ṪE/VE-eutectic front), microstructure (dendritic and eutectic arrangements), hardness and wear resistance of a hypereutectic Zn8wt.%Al alloy. Techniques such as X-Ray Diffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF), Optical Microscopy (OM) and Scanning Electronics (SEM) were used to characterize the as-cast samples. The results showed that Zn-AlCu alloys are formed by an eutectic matrix [(Zn)+(Al+Zn)] with lamellar and fibrous morphology also containing τ'-Al4Cu3Zn intermetallic particles and Al-rich pro-eutectic dendrites (Al'), with alternating lamellae of Al and Zn, from the eutectoid transformation [(Al')↔(Al)+ (Zn)]. The addition of 0.8wt.% Cu did not change the secondary dendritic arm spacing (λ2), while a 1.3wt.% Cu content generated a slight dendritic refinement. The Cu additions have coarsen the fibrous (λEF) and lamellar (λEL) eutectic of the binary Zn-8wt.%Al alloy, with exception of the Zn-8wt.% Al-1.3wt.% Cu alloy, which showed a refinement of the fibrous eutectic for VE> 0.30 mm/s. Increase in hardness has been observed for both Cu-modified alloys due to the solid-solution strengthening mechanism and presence of the τ'-Al4Cu3Zn intermetallics. An expressive increase of about 73.4% has been observed due to the addition of 1.3% Cu, which is also related to lower eutectic fibrous spacings. The Zn-8wt.%Al-0.8wt.% Cu alloy showed higher wear resistance associated with a lower fraction of τ’-Al4Cu3Zn.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISUFRNBrasilSolidificaçãoLigas Zn-Al-CuParâmetros térmicosMicroestruturaDurezaDesgasteSolidificação direcional e resistência ao desgaste de ligas Zn-8%Al-x%Cuinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNTEXTSolidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.txtSolidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.txtExtracted texttext/plain143760https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32050/2/Solidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.txt02b61fe15e72ae695078f0a085e6b3a0MD52THUMBNAILSolidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.jpgSolidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1327https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32050/3/Solidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf.jpg49ad76e0fc0675f8d105dc7e455db1ffMD53ORIGINALSolidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdfapplication/pdf4214099https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/32050/1/Solidificacaodirecionalresistencia_Medeiros_2020.pdf8d9eaea8c32b4586055c0bb53a24c345MD51123456789/320502021-04-11 06:04:59.797oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/32050Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2021-04-11T09:04:59Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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