Microestrutura dendrítica, macrossegregação e microporosidade na solidificação de ligas ternárias Al Si Cu

GOMES, Laercio Gouvea

Tese

Microestrutura dendrítica, macrossegregação e microporosidade na solidificação de ligas ternárias Al Si Cu

Aluminum casting alloys have properties which are of great industrial interest, such as low density, good corrosion resistance, high thermal and electrical conductivities, good combination of mechanical properties, good workability in machining processes and mechanical forming. Currently, these allo...

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Autor principal:	GOMES, Laercio Gouvea
Grau:	Tese
Idioma:	por
Publicado em:	Universidade Estadual de Campinas 2022
Assuntos:	Solidificação Microestrutura Liga de alumínio Porosidade Solidification Aluminium alloy Porosity Microstructure CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA Materiais e Processos de Fabricação
Acesso em linha:	https://repositorio.ifpa.edu.br/jspui/handle/prefix/262

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spelling	oai:10.0.2.15:prefix-2622023-06-27T18:11:56Z Microestrutura dendrítica, macrossegregação e microporosidade na solidificação de ligas ternárias Al Si Cu Dendritic microstructure, macrosegregation and microporosity in the solidification of ternary Al Si Cu alloys GOMES, Laercio Gouvea GARCIA, Amauri http://lattes.cnpq.br/1721691084829002 FERREIRA, Ivaldo Leão http://lattes.cnpq.br/4486030422416831 https://orcid.org/0000-0002-3834-3258 Universidade Estadual de Campinas Universidade Federal do Pará Solidificação Microestrutura Liga de alumínio Porosidade Solidification Aluminium alloy Porosity Microstructure CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA Materiais e Processos de Fabricação Aluminum casting alloys have properties which are of great industrial interest, such as low density, good corrosion resistance, high thermal and electrical conductivities, good combination of mechanical properties, good workability in machining processes and mechanical forming. Currently, these alloys are produced in various systems and dozens of compositions. The literature presents several studies, both theoretical and experimental, focusing on the microstructural evolution of binary aluminum base alloys. Theoretical and experimental cellular and dendritic growth laws have been proposed and validated. Macrosegregation and pore formation during solidification of binary alloys of aluminum have been the focus of several recent studies. However, there are few studies in the literature addressing important families of multicomponent aluminum base alloys. Accordingly, this study aims to analyze Aluminum Silicon Copper alloys (series: A319.1 and A333.1) [Al 5.5wt%Si 3.0wt%Cu and Al 9.0wt%Si 3.0wt%Cu] with respect to the evolution of the dendritic microstructure, porosity formation and macrosegregation during solidification. For the production of the ternary alloys commercially pure aluminum and silicon and electrolytic copper have been used. Solute macrosegregation and microporosity formation are investigated both experimentally and through numerical simulations. The dendritic microstructure is quantified by their primary, secondary and tertiary arm spacings, which are correlated with solidification thermal parameters. The solute macrosegregation profiles, theoretical and apparent densities have been determined along the castings lengths. The solute segregation profiles were obtained by X ray fluorescence spectrometry and the simulations were performed taking into account secondary phase transformations that occur during solidification. Microporosity measurements were carried out by the picnometry technique. Experimental laws are proposed for the evolution of dendrite arm spacings as a function of cooling rate (Ṫ) and the rate of displacement of the liquidus isotherm (VL), given by (λ1, λ3) = C (T) 0.55andλ2 = C (VL) 1/3, respectively. The experimental values of dendrite arm spacings were compared with other experimental studies of dendritic growth for binary Al Si alloys,as well as with the only theoretical growth model existing in the literature for multicomponent alloys. The ternary phase diagram, the solidification paths of both alloys analyzed, and thermo physical properties required for numerical simulations were determined by the software Thermo Calc®. The results have shown that the theoretical growth model fits well the experimental scatter for the alloy with lower Si content, overestimating that of the alloy with higher Si content.The volumetric fraction of pores showed an upward trend from the bottom to the top of the casting. It was also found that the presence of silicon in the alloy acts as an inhibitor of inverse segregation of copper. As ligas de alumínio para fundição possuem propriedades de grande interesse industrial, como: baixa massa específica, boa resistência à corrosão, elevadas condutibilidade térmica e elétrica, boas combinações de propriedades mecânicas, boa trabalhabilidade em processos de usinagem e conformação mecânica. Atualmente, essas ligas são produzidas em vários sistemas e dezenas de composições. A literatura apresenta vários estudos tanto teóricos quanto experimentais focando na evolução microestrutural de ligas binárias à base de alumínio. Leis de crescimento celular e dendrítico experimentais e teóricas foram propostas e devidamente validadas. As análises de macrossegregação e formação de poros de ligas binárias de alumínio também foram contempladas em vários estudos recentes. Entretanto, são escassos os estudos abordando importantes famílias de ligas multicomponentes à base de alumínio. Nesse sentido, o presente trabalho se propôs a analisar ligas da família Alumínio Silício Cobre (A319.1 e A333.1) [Al 5,5%Si 3,0%Cu e Al 9,0%Si 3,0%Cu] no que diz respeito à evolução da microestrutura dendrítica, macrossegregação e formação de porosidade na solidificação. Para a produção das ligas ternárias foram utilizados Alumínio e Silício comercialmente puros e Cobre eletrolítico. A macrossegregação de soluto e a formação de microporosidade são investigadas tanto experimentalmente quanto por meio de simulações numéricas. A microestrutura dendrítica é quantificada através de seus espaçamentos primários, secundários e terciários, que são devidamente correlacionados com os parâmetros térmicos da solidificação. Os perfis de macrossegregação de soluto, densidade teórica e densidade aparente são apresentados ao longo dos comprimentos dos lingotes. Os perfis de segregação de soluto experimentais foram obtidos através da técnica de espectrometria de fluorescência de raios X e para a simulação foram calculados levando se em conta transformações de fase secundárias que ocorrem ao longo da solidificação. As medições de microporosidade foram realizadas utilizando se a técnica de picnometria. São propostas leis experimentais de evolução dos espaçamentos dendríticos como função da taxa de resfriamento (T) e da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL), na forma (λ1, λ3) = C (T) 0,55 e λ2 = C (VL) 1/3, respectivamente. Os valores experimentais dos espaçamentos dendríticos foram comparados com outros trabalhos experimentais de crescimento dendrítico para ligas binárias Al Si, bem como, com o único modelo teórico de crescimento para ligas ulticomponentes. O diagrama de fases ternário, bem como os caminhos de solidificação de ambas as ligas analisadas, e propriedades termofísicas necessárias para simulações numéricas foram determinados através do software Thermo Calc®. Os resultados mostraram que o modelo teórico de crescimento se aproxima bastante do espectro experimental da liga com menor concentração de Silício, porém superestima para a liga com maior concentração de Silício. As frações volumétricas de poros mostraram uma tendência ascendente desde a base até o topo do lingote. Verificou se, também, que a presença de Silício na liga atua como inibidor da segregação inversa de Cobre. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará 2022-09-29T16:15:15Z 2022-09-29T16:15:15Z 2012-06-05 Tese GOMES, Laercio Gouvea. Microestrutura dendrítica, macrossegregação e microporosidade na solidificação de ligas ternárias Al Si Cu. 2012. 2012. 205 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, 2012. Disponível em: https://repositorio.ifpa.edu.br/jspui/handle/prefix/262. Acesso em:. https://repositorio.ifpa.edu.br/jspui/handle/prefix/262 por Acesso aberto Universidade Estadual de Campinas Brasil Faculdade de Engenharia Mecânica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UNICAMP http://repositorio.unicamp.br/Busca/Download?codigoArquivo=472979
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