Correlação entre microestrutura de solidificação e resistências mecânica e à corrosão de ligas Pb-Ag e Pb-Bi

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Peixoto, Leandro César de Lorena
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1619815
Resumo: Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osório
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spelling Correlação entre microestrutura de solidificação e resistências mecânica e à corrosão de ligas Pb-Ag e Pb-BiCorrelation between solidification microstructure and mechanical and corrosion resistances of Pb-Ag and Pb-Bi alloysSolidificaçãoBateriasMicroestruturaSolidificationBatteriesMicrostructureOrientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos OsórioTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O presente trabalho pretende contribuir para o entendimento do desenvolvimento microestrutural e das propriedades de ligas diluídas dos sistemas Pb-Ag e Pb-Bi que apresentam importância para a indústria na fabricação de componentes de baterias automotivas e estacionárias. As amostras foram obtidas através de experimentos de solidificação unidirecional realizados em dispositivo no qual o calor é extraído somente pelo sistema de resfriamento a água, localizado na base do conjunto lingote/lingoteira (solidificação vertical ascendente). Taxas e velocidades de solidificação são determinadas a partir do registro de temperaturas a partir de termopares posicionados dentro da lingoteira em diferentes posições. As amostras foram utilizadas para analisar as influências das variáveis térmicas de solidificação e da concentração de soluto das ligas nas macro e microestruturas resultantes e na resistência mecânica. São determinados os limites de resistência à tração e escoamento e alongamentos específicos em função de espaçamento dendrítico e celular. A influência do arranjo microestrutural no comportamento eletroquímico é também avaliada por intermédio dos ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica, extrapolação de Tafel nas curvas de polarização potenciodinâmicas e análise por circuito equivalente em solução eletrolítica de 0,5 M de ácido sulfúrico à temperatura ambiente. Observa-se que as resistências à corrosão e à tração das ligas Pb-Ag aumentam com o refino microestrutural. O surgimento de espaçamentos terciários na liga Pb-2,4%Ag influencia negativamente na resistência à corrosão e contribui para o aumento do alongamento específico desta liga. Para as ligas Pb-Bi, a microestrutura é caracterizada por espaçamentos celulares e a resistência à corrosão é maior para um arranjo celular mais grosseiro. O teor de bismuto influi negativamente na resistência à corrosão e não tem influência na resposta mecânica. Embora da ordem de 10 vezes mais cara, por conta do valor da prata, as ligas Pb-Ag apresentam valores de resistência mecânicos mais altos e melhor resistência à corrosão induzindo que o uso dessas ligas pode aumentar o ciclo de vida desses componentes em até 5 vezes quando comparado com ligas tradicionais usadas para componentes de baterias chumbo-ácidoAbstract: The present work aims to contribute to the understanding of the microstructural development and properties of dilute PbAg and PbBi alloys which are widely applied in the manufacture of automobile and stationary lead-acid batteries. A water-cooled vertical upward unidirectional solidification system was used to obtain the samples. The experimental set-up was designed in such a way that the heat was extracted only through the water-cooled bottom, promoting upward directional solidification. Thermal readings were obtained by thermocouples positioned at different distances from the heat-extracting surface at the casting bottom. Both PbAg and PbBi alloys were used to analyze the effects of the cooling rate and growth rates and solute content on the resulting macro and microstructures and on the mechanical properties. The ultimate tensile and yield strengths and the elongations were determined as a function of the cellular and dendritic spacing. The effect of the resulting microstructure on the electrochemical corrosion behavior was also analyzed based on electrochemical parameters, determined by Tafel plots at potentiodynamic polarization curves and on equivalent circuit analysis after corrosion tests carried out in a 0.5 M sulphuric acid solution. It was observed that both the corrosion resistance and the ultimate tensile strength increased with the decrease in the dendritic spacing for Pb-Ag alloys. The tertiary spacing's, which occurred for the Pb-2.4 wt.% Ag alloy showed a deleterious effect on the corrosion response increased the elongation. A cellular microstructure characterized the Pb-Bi casting alloys, and the corrosion resistance was shown to be higher for coarse cells than for fine ones. The bismuth content has negatively affected the corrosion resistance, while no effect was observed for the mechanical behavior. Although the higher cost of Pb-Ag alloys due to the presence of silver, these alloys have evidenced high values of both mechanical properties and corrosion resistance. This indicates that Pb-Ag alloys can provide higher life-time cycle (up to five times) of the lead-acid battery components when compared with other traditional and commonly commercialized Pb-based alloysDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia Mecânica[s.n.]Garcia, Amauri, 1949-Osório, Wislei Riuper Ramos, 1974-Moura Neto, Carlos deSiqueira Filho, Claudio Alves deSpinelli, José EduardoIerardi, Maria Clara FilippiniUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPeixoto, Leandro César de Lorena20132013-05-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf151 p. : il.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1619815PEIXOTO, Leandro César de Lorena. Correlação entre microestrutura de solidificação e resistências mecânica e à corrosão de ligas Pb-Ag e Pb-Bi. 2013. 151 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1619815. 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