Estudo da solidificação transiente unidirecional na estrutura e dureza das ligas al-2,5%Ni, Al-4%Cu-2,5%Ni, Al-4%Ni e Al-9%Ni
Many studies have focused on aluminum alloys, which are engineering alloys. The solidification of the material and the way it loses heat has a significant influence on the structure and in turn interferes with the mechanical properties. The present work aims to study the structure and hardness relat...
| Autor principal: | SOUZA, Esaú Gomes |
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| Grau: | Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação |
| Publicado em: |
2024
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| Assuntos: | |
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oai:https:--bdm.ufpa.br:8443:prefix-69662024-04-28T03:16:09Z Estudo da solidificação transiente unidirecional na estrutura e dureza das ligas al-2,5%Ni, Al-4%Cu-2,5%Ni, Al-4%Ni e Al-9%Ni SOUZA, Esaú Gomes COSTA, Deibson Silva da http://lattes.cnpq.br/1521124351431087 NASCIMENTO, Luiz Gabriel da Silva http://lattes.cnpq.br/7793622090128949 https://orcid.org/0000-0002-2165-2628 https://orcid.org/0009-0002-1532-7420 Ligas de alumínio-níquel Solidificação direcional Microestrutura Espaçamento dendrítico secundário Aluminum-nickel alloys Directional solidification Microstructure Secondary dendritic spacing CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA Many studies have focused on aluminum alloys, which are engineering alloys. The solidification of the material and the way it loses heat has a significant influence on the structure and in turn interferes with the mechanical properties. The present work aims to study the structure and hardness relationship of aluminum alloys of the Al-Cu-Ni and Al-Ni systems obtained by upward unidirectional solidification. Four ingots of the Al- Cu-Ni and Al-Ni systems were manufactured and solidified in an ascending unidirectional transient solidification device with temperature controller, which has a steel ingot mold and isolated electrical resistance with refractory material around it, allowing a favorable environment to extract heat in a single direction. Metallographic analyzes of the alloys, macro and microstructure were carried out with measurement of secondary dendritic spacing (λ2), Scanning Electron Microscopy (SEM). Furthermore, hardness tests were carried out correlating them with the regions of the ingot. The metallographic results showed predominantly columnar structures and dendritic microstructures that are directly influenced by the cooling rate factor as the cooling propagates. The secondary dendritic spacings (λ2) were smaller in the regions close to heat extraction with an average value of 7.86 μm for the R1 region of the Al- 2.5%Ni alloy while in the Al-4%Ni and Al-9% alloys Ni this same region presented average values of 5.89 μm and 4.81 μm, respectively. It is observed that in the regions closest to the base of the heat extraction interface, greater refinement of the structure occurred for all alloys studied in this work. This behavior was due to the heat extraction rates being closer to the base. The literature shows that cooling rates closer to the base are higher and the microstructure behaves in relation to these rates, that is, the higher the cooling rate, the lower the microstructure for this type of solidification. Furthermore, a decrease in hardness was observed in regions further away from the heat extraction interface, this fact occurred due to the increase in dendritic spacing, that is, the smaller the microstructure, the greater the resistance of the material. The alloy strength of the Al-Cu-Ni ternary system showed greater resistance when compared to that of the Al-Ni binary system. Muitos estudos têm se voltado para as ligas de alumínio que são ligas de engenharia. A solidificação do material e a forma como ele perde calor tem influência significativa na estrutura e por sua vez interfere nas propriedades mecânicas. O presente trabalho objetiva estudar a relação estrutura e dureza de ligas de alumínio dos sistemas Al-Cu- Ni e Al-Ni obtidas por solidificação unidirecional ascendente. Foram fabricados quatros lingotes dos sistemas Al-Cu-Ni e Al-Ni solidificados em um dispositivo de solidificação transiente unidirecional ascendente com controlador de temperatura, que possui uma lingoteira de aço e resistência elétrica isolada com material refratário em sua volta, permitindo um ambiente propício à extração de calor em uma única direção. Foram realizadas análises metalográficas das ligas, macro e microestrutura com medição de espaçamento dendrítico secundário (λ2), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Além disso, foram realizados ensaios de dureza correlacionando-os com as regiões do lingote. Os resultados metalográficos apresentaram estruturas predominantemente colunares e microestruturas dendríticas que são influenciadas diretamente pelo fator taxa de resfriamento na medida que o esfriamento se propaga. Os espaçamentos dendríticos secundários (λ2) foram menores nas regiões próximas da extração de calor com valor médio de 7,86 μm para a região R1 da liga Al-2,5%Ni enquanto nas ligas Al-4%Ni e Al-9%Ni essa mesma região apresentou valores médios de 5,89 μm e 4,81 μm, respectivamente. Observa-se que nas regiões mais próximas da base de interface de extração de calor ocorreu maior refinamento da estrutura para todas as ligas estudadas neste trabalho. Tal comportamento deu-se pelas taxas de extração de calor serem mais próximas da base. A literatura mostra que taxas de resfriamento mais próximas da base são maiores e a microestrutura se comporta em relação a essas taxas, ou seja, quanto maior a taxa de resfriamento menor a microestrutura para este tipo de solidificação. Além disso, foi observado a diminuição da dureza nas regiões mais afastadas da interface de extração de calor, esse fato ocorreu pelo aumento do espaçamento dendrítico, ou seja, quanto menor a microestrutura maior a resistência do material. A resistência da liga do sistema ternário Al-Cu-Ni apresentou maior resistência quando comparada com a do sistema binário Al-Ni. 2024-04-27T17:38:20Z 2024-04-27T17:38:20Z 2024-04-12 Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação SOUZA, Esaú Gomes. Estudo da solidificação transiente unidirecional na estrutura e dureza das ligas al-2,5%Ni, Al-4%Cu-2,5%Ni, Al-4%Ni e Al-9%Ni. Orientador: Deibson Silva da Costa. 2024. 54 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Materiais) – Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2024. Disponível em: https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/6966. Acesso em:. https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/6966 Acesso Aberto Disponível na internet via Sagitta |
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Many studies have focused on aluminum alloys, which are engineering alloys. The solidification of the material and the way it loses heat has a significant influence on the structure and in turn interferes with the mechanical properties. The present work aims to study the structure and hardness relationship of aluminum alloys of the Al-Cu-Ni and Al-Ni systems obtained by upward unidirectional solidification. Four ingots of the Al-
Cu-Ni and Al-Ni systems were manufactured and solidified in an ascending unidirectional transient solidification device with temperature controller, which has a steel ingot mold and isolated electrical resistance with refractory material around it, allowing a favorable environment to extract heat in a single direction. Metallographic analyzes of the alloys, macro and microstructure were carried out with measurement of secondary dendritic spacing (λ2), Scanning Electron Microscopy (SEM). Furthermore, hardness tests were carried out correlating them with the regions of the ingot. The metallographic results showed predominantly columnar structures and dendritic microstructures that are directly influenced by the cooling rate factor as the cooling propagates. The secondary dendritic spacings (λ2) were smaller in the regions close to heat extraction with an average value of 7.86 μm for the R1 region of the Al-
2.5%Ni alloy while in the Al-4%Ni and Al-9% alloys Ni this same region presented average values of 5.89 μm and 4.81 μm, respectively. It is observed that in the regions closest to the base of the heat extraction interface, greater refinement of the structure occurred for all alloys studied in this work. This behavior was due to the heat extraction rates being closer to the base. The literature shows that cooling rates closer to the base are higher and the microstructure behaves in relation to these rates, that is, the higher the cooling rate, the lower the microstructure for this type of solidification. Furthermore, a decrease in hardness was observed in regions further away from the heat extraction interface, this fact occurred due to the increase in dendritic spacing, that is, the smaller the microstructure, the greater the resistance of the material. The alloy strength of the Al-Cu-Ni ternary system showed greater resistance when compared to that of the Al-Ni binary system. |
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