Sinterização e evolução microestrutural de aluminetos de titânio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Monfardini, Warlen Alves, 1989-
Data de Publicação: 2023
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/20.500.12733/15327
Resumo: Orientador: Juliano Soyama
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spelling Sinterização e evolução microestrutural de aluminetos de titânioSintering and microstructural evolution of titanium aluminidesMetalurgia do póLigas de titânioSinterizaçãoTratamento de superfíciesTitânioPowder metallurgyTitanium alloysSinteringSurface treatmentTitaniumOrientador: Juliano SoyamaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os aluminetos de titânio (TiAl) são materiais de grande relevância na indústria devido à sua alta resistência específica, ou em aplicações onde é necessário operar em temperaturas elevadas (acima de 600°C), onde as ligas convencionais de titânio e outros materiais não podem ser empregados. No entanto, apesar das características singulares deste material, há ainda muitos desafios em relação ao custo para produção e processamento destes, fazendo com que técnicas Near Net Shape, como a Metalurgia do Pó, sejam muito adequadas na maioria dos casos. Contudo, devido a diversos fatores, como o efeito de Kirkendall e a formação de alguns intermetálicos intermediários, a consolidação destes materiais pode tornar-se muito complexa. Deste modo, este trabalho avaliou diversas estratégias para a sinterização, tendo como base uma composição de referência Ti-45Al (% atômica). A partir desta condição, muitas alterações foram estudadas, tais como: alterações no material, nas condições de sinterização, pressão de compactação e, em alguns casos, aplicou-se um processo de Fusão Superficial a Laser (FSL). No âmbito de alterações composicionais e de material, foram testadas: adições de elementos ternários (2% Co e Ni), mudança do tipo de pó e redução do teor de Al. Já para as condições de sinterização, foram variadas as temperaturas (1100 - 1400°C) e a atmosfera de sinterização (argônio e vácuo). O tempo de sinterização foi mantido constante (2 h) e as cargas de compactação utilizadas variaram entre 97 e 780 MPa. No processo de FSL foram utilizadas densidades de energia entre 190 e 380 J/mm³. As amostras foram preparadas pelo método de compactação uniaxial a frio, e, posteriormente, avaliados por Microscopia Óptica e Eletrônica, Calorimetria Diferencial de Varredura (CDV), Dilatometria, Difração de Raio-X (DRX) e medição de densidade. Apesar dos valores de densidades inferiores aos obtidos em rotas mais bem consolidadas para densificação total (e.g., sinterização a plasma ou compactação isostática a quente), foi possível observar um aumento entre 5 e 39% nos valores de densidade em relação à condição de referência, atingindo níveis de densidade acima de 80% da densidade teórica para a sinterização com atmosfera de argônio e acima de 90%, utilizando o vácuo. Além disso, observou-se alterações microestruturais importantes com a presença de estruturas Lamelares, quase Lamelar e Duplex. No que diz respeito à aplicação do processo de FSL, foi possível estabelecer camadas com alto nível de densificação, microestrutura refinada e maior durezaAbstract: Titanium aluminides (TiAl) are highly relevant materials in the industry when a high strength-to-weight ratio is required, or in applications where operating at elevated temperatures (above 600°C) is necessary, and conventional titanium alloys and others are incapable of being used. However, despite the unique characteristics of this material, there are still many challenges regarding the cost of production and processing, making the Near Net Shape techniques, such as Powder Metallurgy, highly suitable in most cases. However, the consolidation of these materials can become highly complex due to various factors, including the Kirkendall effect and the formation of various intermediate intermetallics. Thus, this study evaluated various strategies for sintering, based on a reference composition Ti-45Al (atomic %). In this context, numerous parameters were investigated, such as alterations in the material, sintering conditions, compaction pressure, and, in some cases, the application of a Laser Surface Remelting (LSR) process. Concerning compositional and material alterations, additions of ternary elements (2% Co and Ni), changes in powder type, and reduction of the Al content were tested. For the sintering conditions, temperatures (1100 - 1400°C) and sintering atmospheres (argon and vacuum) were varied. The sintering time was kept constant (2 h), and the compaction pressures used ranged from 97 to 780 MPa. In the LSR process, energy densities between 190 and 380 J/mm³ were utilized. The samples were prepared using the cold uniaxial compaction method, and subsequently evaluated through Optical and Electron Microscopy, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dilatometry, X-ray Diffraction (XRD), and density measurement. Although analogous density values to those obtained through more modern routes (e.g., spark sintering or hot isostatic pressing) were not achieved, it was possible to observe an increase between 5% and 39% in density values compared to the reference condition. As a result, densification levels exceeded 80% when sintering in an argon atmosphere and surpassed 90% in certain cases when using a vacuum atmosphere. Furthermore, significant microstructural changes were observed, including the presence of Lamellar, Near Lamellar, and Duplex structures. Regarding the application of the LSR process, it was possible to establish layers with a high level of densification, refined microstructure, and greater hardnessDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia MecânicaCAPES001[s.n.]Soyama, Juliano, 1984-Galdino, André Gustavo de SousaFogagnolo, João BatistaZoqui, Eugênio JoséMacêdo, Marcelo Camargo Severo deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMonfardini, Warlen Alves, 1989-20232023-10-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (182 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/15327MONFARDINI, Warlen Alves. Sinterização e evolução microestrutural de aluminetos de titânio. 2023. 1 recurso online (182 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/15327. 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