Análise da microestrutura, segregação e dureza da liga Al-1,5%Fe-1%Zn aplicada a componentes metálicos para o setor petrolífero
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/50705 |
Resumo: | A indústria de petróleo e gás é uma das maiores consumidoras de ligas metálicas em suas aplicações. Tubulações produzidas em aços Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL) têm sido utilizadas devido sua elevada resistência mecânica, que possibilita o transporte de matéria em altas pressões. Contudo, na produção de petróleo offshore em águas profundas, tais aços apresentam desvantagens como seu alto peso específico, baixa tenacidade e resistência à corrosão limitada em ambientes marinhos. Neste sentido, ligas à base de Alumínio (Al) surgem como alternativas interessantes, uma vez que apresentam resistência a ambientes agressivos, assim como o baixo peso específico, se comparadas às ligas ferrosas utilizadas. Assim, este trabalho visa estudar o efeito da adição de 1% de Zn (em peso) na microestrutura, temperaturas de transformação, macrossegregação e dureza de uma liga hipoeutética Al-1,5%Fe solidificada direcionalmente fora de equilíbrio. Técnicas de caracterização microestrutural como Difração de Raios X (DRX), Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram utilizadas, além de ensaios de microdureza Vickers. Cálculos termodinâmicos foram realizados via software de simulação Thermo-calc com intuito de avaliar o efeito do Zn na cinética de transformação de fases e microestrutura final. A macroestrutura exibiu uma transição colunar-equiaxial em 10 mm a partir da interface metal/molde, predominando grãos equiaxiais ao longo do lingote Al-Fe-Zn. As simulações mostraram uma ligeira redução da temperatura liquidus e um aumento moderado da fração final do intermetálico Al3Fe com a adição de Zn na liga Al-1,5%Fe. Um crescimento celular prevaleceu ao longo do lingote Al-Fe-Zn, com uma microestrutura formada por células ricas em Al (-Al) circundadas por uma mistura eutética -Al + Al3Fe. O Zn foi consumido em solução sólida na matriz de Al. Os níveis de microdureza Vickers permaneceram entre 21 e 25 HV ao lingote Al-Fe-Zn. A adição de Zn reduziu a microdureza Vickers da liga binária Al-1,5%Fe. |
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Oliveira, Gleenda Thainá Souza deCastro, Nicolau ApoenaPaixão, Jeverton LaureanoSilva, Bismarck Luiz2022-12-27T11:44:15Z2022-12-27T11:44:15Z2022-12-19OLIVEIRA, Gleenda Thainá Souza de. Análise da microestrutura, segregação e dureza da liga Al-1,5%Fe-1%Zn aplicada a componentes metálicos para o setor petrolífero. 2022. 66 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais) - Departamamento de Engenharia de Materiais, Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/50705A indústria de petróleo e gás é uma das maiores consumidoras de ligas metálicas em suas aplicações. Tubulações produzidas em aços Alta Resistência e Baixa Liga (ARBL) têm sido utilizadas devido sua elevada resistência mecânica, que possibilita o transporte de matéria em altas pressões. Contudo, na produção de petróleo offshore em águas profundas, tais aços apresentam desvantagens como seu alto peso específico, baixa tenacidade e resistência à corrosão limitada em ambientes marinhos. Neste sentido, ligas à base de Alumínio (Al) surgem como alternativas interessantes, uma vez que apresentam resistência a ambientes agressivos, assim como o baixo peso específico, se comparadas às ligas ferrosas utilizadas. Assim, este trabalho visa estudar o efeito da adição de 1% de Zn (em peso) na microestrutura, temperaturas de transformação, macrossegregação e dureza de uma liga hipoeutética Al-1,5%Fe solidificada direcionalmente fora de equilíbrio. Técnicas de caracterização microestrutural como Difração de Raios X (DRX), Microscopia Óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram utilizadas, além de ensaios de microdureza Vickers. Cálculos termodinâmicos foram realizados via software de simulação Thermo-calc com intuito de avaliar o efeito do Zn na cinética de transformação de fases e microestrutura final. A macroestrutura exibiu uma transição colunar-equiaxial em 10 mm a partir da interface metal/molde, predominando grãos equiaxiais ao longo do lingote Al-Fe-Zn. As simulações mostraram uma ligeira redução da temperatura liquidus e um aumento moderado da fração final do intermetálico Al3Fe com a adição de Zn na liga Al-1,5%Fe. Um crescimento celular prevaleceu ao longo do lingote Al-Fe-Zn, com uma microestrutura formada por células ricas em Al (-Al) circundadas por uma mistura eutética -Al + Al3Fe. O Zn foi consumido em solução sólida na matriz de Al. Os níveis de microdureza Vickers permaneceram entre 21 e 25 HV ao lingote Al-Fe-Zn. A adição de Zn reduziu a microdureza Vickers da liga binária Al-1,5%Fe.The oil and gas industry is one of the largest consumers of metallic alloys in their applications. Pipes produced in High Resistance and Low Alloy steel (HSLA) have been used due to their high mechanical resistance, which enables the transport of material under high pressure. However, in offshore oil production in deep waters, such steels presented themselves as their high specific weight, low toughness and limited texture resistance in marine environments. In this sense, alloys based on aluminum (Al) appear as interesting alternatives, since they are resistant to aggressive environments, as well as low specific weight, ahead of the ferrous alloys used. Thus, this work aims to study the effect of adding 1% Zn (by weight) on the microstructure, transformation temperatures, macrosegregation and hardness of a hypoeutectic Al-1.5wt.%Fe alloy solidified directly out of equilibrium. Microstructural characterization techniques such as X-Ray Diffraction (XRD), Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used, in addition to Vickers microhardness tests. Thermodynamic calculations were performed via Thermo-calc simulation software with the intuition to evaluate the effect of Zn on phase transformation kinetics and final microstructure. The macrostructure exhibits a columnar-equiaxial transition at 5 mm from the metal/mold interface, with equiaxed grains predominating along the length of the Al-Fe-Zn casting. The simulations displayed a slight reduction in the liquidus temperatures and a moderate increase in the final fraction of the Al3Fe intermetallic with the addition of Zn in the Al-1.5wt.%Fe alloy. Cellular growth prevailed along the length the Al-Fe-Zn casting, with a microstructure formed by Al-rich cells (-Al) surrounded by a eutectic mixture -Al + Al3Fe. Zn was consumed in solid solution in the Al matrix. Vickers microhardness levels remained between 21 and 25 HV for the Al-Fe-Zn casting. The addition of Zn reduced the Vickers microhardness of the binary Al-1.5wt.%Fe alloy.FINEPUniversidade Federal do Rio Grande do NorteEngenharia de MateriaisUFRNBrasilEngenharia 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 METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO::FUNDICAOCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA::ESTRUTURA DOS METAIS E LIGASLigas Al-Fe-ZnSolidificaçãoParâmetros térmicosMicroestruturaMicrodurezaAnálise da microestrutura, segregação e dureza da liga Al-1,5%Fe-1%Zn aplicada a componentes metálicos para o setor petrolíferoAnalysis of the microstructure, segregation and hardness of the Al-1.5%Fe-1%Zn alloy applied to metallic components for the oil sectorinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALTCC_Gleenda_VersãoFinal.pdfTCC_Gleenda_VersãoFinal.pdfMonografia_Gleenda_2022application/pdf21170477https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/50705/1/TCC_Gleenda_Vers%c3%a3oFinal.pdfc75fdbfc43d525042d36c589388b7060MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/50705/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81484https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/50705/3/license.txte9597aa2854d128fd968be5edc8a28d9MD53123456789/507052022-12-27 08:44:15.511oai:https://repositorio.ufrn.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2022-12-27T11:44:15Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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