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Num mundo em constante evolução, as empresas procuram retirar vantagens em relação às outras, tentando minimizar desperdícios e evitar custos adicionais. O retorno elástico (ou springback em inglês) é uma das principais adversidades na conformação de chapas, pois acarta problemas dimensionais e por consequência contribui para o aumento de desperdícios. Por isso, o seu estudo prévio é primordial para minimizar gastos desnecessários. Esta dissertação analisa a influência dos processos de laminagem no retorno elástico de uma chapa de alumínio AA6022-T4 através de ensaios de flexão da chapa previamente laminada por vários métodos. Conclui-se que não só os processos de laminagem têm influência no retorno elástico, como também a ferramenta usada. No que diz respeito as ferramentas, o valor de retorno elástico é menor para as ferramentas com punções de raios menores. Em relação a laminagem, verifica-se que os provetes laminados por ARC (laminagem assimétrica continua) registam menores valores de retorno elástico. No entanto, todo o material laminado apresenta um aumento do retorno elástico em comparação com o material em estado inicial. In a world in constant evolution, companies try to take advantage over others, by minimizing waste and avoiding additional costs. Springback is one of the main adversities in sheet metal forming, as it causes dimensional problems and consequently contributes to an increase in waste. Therefore, its previous study is primordial to minimize unnecessary expenses. This dissertation analyzes the influence of the rolling processes in the springback of an aluminum sheet AA6022-T4 through bending tests of the sheet previously rolled by different methods. It is concluded that not only the rolling processes have an influence on the springback, but also the tool used. Regarding the tools, the springback value is smaller for tools with smaller radius punches. Regarding rolling, it was found that the specimens rolled by ARC (asymmetric rolling continuous) have lower values of springback. However, all rolled material sheets show an increase in springback compared to the material in its initial state. Mestrado em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Gas atomization is the main method to produce metal powders for LASER powder bed fusion (L-PBF), which is an additive manufacturing (AM) technique. It produces metallic powders with suitable characteristics to be applied in AM/L-PBF. The optimization of the parameters involved in the gas atomization process is necessary to produce powders with good fluidity and high apparent density, which are preconditions to be used in the L-PBF. The choice of an optimal set of parameters can also provide an increase in powder production yield. However, the optimization of this process is complex, because there are many parameters involved and, therefore, a systematic study must be carried out to better understand their correlation with the powder’s characteristics and their application (e.g. MA/L-PBF, for that research). Based on this context, this work aimed to study the influence of the three main process parameters at two levels (nozzle diameter (0): 1.5-2.5 mm; superheating temperature (Δ): 75-150 ºC; atomization pressure (): 20-40 Bar) on the physical characteristics of AA2017 aluminum alloy powders. It was identified that the average particle size (50) was poorly affected by the variation of parameters, while the width of the particle size distribution curve was significantly altered. The more suitable powder to be applied in AM/L-PBF was produced in an experiment with a specific set of parameters (0=1.5mm; Δ =150 ºC; = 20 Bar). It presents appropriate fluidity (funnel of Carney) and suitable apparent density: 0.28 s/g and 1.51 ± 0.02 g/cm3, respectively. These behaviors occurred due to an optimal combination of granulometric distribution and morphology. Finally, mathematical analysis was performed, in which the results obtained experimentally were compared with theoretical calculations based on the Lubanska equation. A good correlation was observed between the measured and calculated mean particle size (R2 = 0.97). O principal método para produção de pós metálicos destinados a manufatura aditiva (MA) por fusão em leito de pó a LASER (L-PBF) é a atomização a gás. Ela produz pós metálicos com características adequadas para serem aplicados em MA/L-PBF. Porém, a otimização dos parâmetros do processo de atomização é necessária para a produção de pó com características específicas que levam a uma fluidez e densidade aparente adequadas para serem utilizados no processo de L-PBF. A escolha de um conjunto ótimo de parâmetros também pode proporcionar um aumento no rendimento de produção de pó. Todavia, a otimização da atomização a gás é complexa, pois envolve muitos parâmetros e, então, um estudo sistemático deve ser realizado para alinhá-los de acordo com a finalidade das partículas produzidas (e.g. MA/L-PBF, no caso desta pesquisa). Frente a isso, este trabalho teve como objetivo estudar a influência dos três principais parâmetros de processo em dois níveis (diâmetro do bocal (0): 1,5-2,5 mm; temperatura de superaquecimento (Δ): 75-150 ºC; pressão de atomização (): 20-40 Bar) nas características físicas de pós da liga de alumínio AA2017. Observou-se que o tamanho médio de partícula (50) foi pouco afetado pela variação dos parâmetros, enquanto que a largura da curva de distribuição granulométrica foi significantemente alterada. O pó que demonstrou ser mais adequado para ser aplicado em MA/L-PBF foi produzido em experimento que utilizou um conjunto de parâmetros específico (0=1,5mm; Δ=150 ºC; = 20 Bar), apresentando fluidez (funil de Carney) e densidade aparente adequadas: 0,28 s/g e 1,51 ± 0,02 g/cm3, respectivamente. Essas propriedades ocorreram devido à combinação ótima de distribuição granulométrica e morfologia. Uma análise matemática também foi realizada, na qual os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com cálculos teóricos baseados na equação de Lubanska. Identificou-se boa correlação entre o tamanho médio de partículas medido e calculado (R2 = 0,97). 2020/08145-1

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A liga de alumínio AA 2024-T3 é utilizada em vários segmentos estruturais das aeronaves. Esses componentes atuam expostos a condições ambientais bastante agressivas sofrendo processo de degradação e corrosão afetando diretamente seu desempenho, muitas vezes sendo necessária a realização de tratamentos superficiais para aumentar a sua resistência. Um dos interesses de estudos e de indústrias do setor aeronáutico é a possibilidade de união destes, para fins de reparo e formação de novas estruturas, neste sentido vem-se estudando diversos processos de união de materiais compósitos com destaque para a soldagem. Este trabalho tem como objetivo a execução de diferentes condições do processo de anodização, variando-se os parâmetros de potencial e tempo para a obtenção junta híbridas de liga AA 2024 com compósito PEI/fibra de vidro pelo método OFW (oxi-combustível), e a influência do processo de anodização nas suas propriedades, sendo caracterizadas por técnicas eletroquímicas, rugosidade, molhabilidade e medição da espessura de sua camada. Após o processo de soldagem as juntas foram submetidas a ensaio de Lap Shear para a verificação da sua resistência mecânica (MPa). Com os resultados do ensaio e por meio de planejamento (fatorial) 22 foi possível encontrar a melhor condição de anodização, sendo de 10V/20min, resultando numa resistência de 14 MPa. Posteriormente as amostras na melhor condição foram submetidas ao teste de condicionamento ambiental higrotérmica, em água do mar sintética, em diferentes temperaturas (30ºC e 60ºC), depois de imersas foram realizados ensaios de Lap Shear e ILSS para verificação de sua resistência ao processo de degradação/corrosão. As amostras na melhor condição apresentaram melhor resistência à corrosão e maior resistência mecânica, sendo esse aspecto comprovado por meio de microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Quando imersas em solução salina foi verificado que as amostras imersas em maior temperatura tiveram uma diminuição em sua resistência em comparação com as amostras não imersas. Polymeric composites can be defined as the combination of two or more materials that are reinforcing elements joined by a polymeric matrix. This junction must exhibit a significant proportion of the material properties. The AA 2024-T3 aluminum alloy is used in several structural segments of aircraft. These components act exposed to very aggressive environmental conditions, suffering degradation and corrosion processes directly affecting their performance, often requiring treatments surface to increase your resistance. One of the interests of studies and industries in the aeronautical sector is the possibility of joining these, for the purpose of repair and formation of new structures. This work aims to perform different conditions of the anodization process, varying the parameters of potential and time for obtaining hybrid AA 2024 alloy with PEI/fiberglass composite by the OFW method (oxy fuel), and the influence of the anodization process on its properties, being characterized by electrochemical techniques, roughness, wettability and measurement of the thickness of its layer. After the welding process, the joints were subjected to the Lap Shear test to verify their mechanical strength (MPa), with the results of the test and through planning (factorial) 22 it was possible to find the best anodizing condition, being 10V/20min, resulting in a resistance of 14 MPa. Subsequently, the samples in the best condition were subjected to a hygrothermal environmental conditioning test, being immersed in synthetic seawater at different temperatures (30ºC and 60ºC), after being immersed, Lap Shear and ILSS tests were performed to verify their resistance to the degradation/corrosion process. The samples in the best condition showed better corrosion resistance and greater mechanical resistance, and this aspect was proven by optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). When immersed in saline solution it was found that samples immersed at higher temperature had a decrease in their strength compared to non-immersed samples. CAPES: 001

Programa doutoral em Engenharia Mecânica, Neste estudo, a vibração ultrassónica (USV) foi aplicada, numa primeira fase, durante a produção dos materiais de adição e, posteriormente, durante o processo de brasagem. Esta parte do trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade da utilização de USV na preparação dos materiais de adição e compreender o efeito da aplicação de ultrassons a uma maior quantidade de metal fundido, antes de a aplicar ao material de adição durante a operação de brasagem propriamente dira, para além de otimizar o sistema de ultrassons a alta temperatura. Como resultado deste estudo, foram obtidas ligas de alta qualidade, cuja afinação microestrutural foi, em grande parte, resultado da erosão do radiador acústico/sonotrodo de titânio durante o tratamento ultrassónico. A erosão do sonotrodo, apesar de ter tido um efeito positivo na afinação das ligas, contribuiu para o enriquecimento das mesmas em Ti, que não era um efeito desejado. Como consequência da melhor compreensão do efeito do USV no metal de adição durante a brasagem, este tratamento não voltou a ser aplicado na preparação do metal de adição. Relativamente à operação de brasagem propriamente dita, foi concebido, projetado e construído um dispositivo de brasagem, estabelecido um método experimental para realização do trabalho experimental e estudados e selecionados os materiais de adição que viriam a ser utilizados. O aparelho de brasagem incluiu a conceção, fabrico e montagem de peças mecânicas e elétricas que permitem uma monitorização e controlo precisos sobre o processo de brasagem. O processo de brasagem ultrassónica foi melhorado através da aplicação de carga de compressão de forma controlada antes e depois do processo. O processo de brasagem assistido por ultrassons foi estudado tanto numericamente como experimentalmente. O sistema de brasagem por ultrassons foi modelado considerando as condições reais de brasagem. A brasagem foi feita utilizando cargas múltiplas e em condições e parâmetros múltiplos. Os materiais de adição estudados começaram por ser Al-1Si, Al-13Si, Al-9Si-3Cu e terminaram com as ligas Al-9Si-4Cu-(Sr) e Al-8Si-4Cu-2Ni-(Sr) preparadas em laboratório. Foi estudado o efeito da aplicação de carga inicial, da influência do teor de silício da liga e da temperatura de brasagem nas microestruturas e interfaces das juntas obtidas. Para adaptar as condições de brasagem e aumentar a qualidade da junta em condições de brasagem ao ar, foram estudados múltiplos ciclos de brasagem com diferentes parâmetros e materiais de adição, que permitiram o estabelecimento de um ciclo de brasagem otimizado. O estudo incluiu a caracterização detalhada das microestruturas dos metais de adição em bruto e após a brasagem, para além da caracterização detalhada das interfaces das juntas, segregação de elementos e variação da composição química nas interfaces. O comportamento mecânico das juntas foi avaliado e comparado para diferentes condições experimentais. O estudo apresenta ainda uma visão detalhada sobre as principais causas de falha das juntas soldadas., In this study, ultrasonic vibration (USV) was first applied to melts of the bulk materials during their preparation and later to the brazing process itself. This part of the work aimed to study the capability of USV in bulk filler preparation and understand the ultrasonic application on a larger melt quantity before applying it to the filler during the brazing operation itself. The main objective was to optimize the ultrasonic system at a high temperature. As a result of this study, high-quality casts were achieved, with the refining of the microstructure enhanced by the erosion of the sonotrode during the ultrasonic treatment and the consequent presence of Ti in the cast alloys. Due to the sonotrode erosion and to have a better understanding of the effect of USV on the filler during brazing, this treatment was no further applied to the filler alloys bulk preparation. For the brazing work itself, a brazing device, method, and filler materials were studied, designed, and developed. The brazing apparatus included the designing, manufacturing, and assembling of mechanical and electrical parts that permit precise monitoring and controlling of the brazing process. The ultrasonic brazing process was enhanced by the application of controllable compression load before and after the process. The ultrasonic-assisted brazing process was studied both numerically and experimentally. The ultrasonic brazing system was modeled by considering the actual brazing conditions. Brazing was done using multiple fillers and at multiple conditions and parameters. The studied fillers started by Al-1Si, Al-13Si, Al-9Si-3Cu and ended by the lab-made filler alloys Al-9Si-4Cu-(Sr) and Al-8Si-4Cu-2Ni-(Sr). The effect of the initial load application, Si percent in the alloys, and brazing temperature on the joint microstructures and interfaces were studied and reported. For adapting the brazing conditions and increasing the joint quality at air conditions, multiple brazing cycles at different parameters and filler materials were studied, ended by an optimized brazing cycle. The study included the detailed characterization of the microstructures of the filler alloys in bulk form and after brazing, in addition to the detailed characterization of the joint’s interfaces, element segregation, and composition variation at the interfaces. The mechanical strength of the joints was evaluated and compared. In addition, the study presents a detailed insight into the cause of failure of the brazed joints., This work is supported by: - Erasmus Mundus through PEACEII Lot 2 Project 2013–2443/001-001-EMA2 - The Global Platform for Syrian Students – Portugal. The patent file was processed through Tech Minho, and a part of research consumables and materials was supported by FCT with the reference project UID/EEA/04436/2013, COMPETE 2020, with the code POCI-01-0145-FEDER-006941.

Orientadores: Giovana da Silva Padilha, Ausdinir Danilo Bortolozo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Aplicadas Resumo: A liga A356, devido suas propriedades corrosivas e mecânicas, é amplamente utilizada na manufatura de rodas dentro do setor automotivo. O presente trabalho visa dois objetivos principais, sendo: - avaliar a resistência à corrosão da liga A356 sem tratamento térmico, à temperatura ambiente (27±2 oC), na presença e ausência de luz e; - averiguar a influência das variáveis tempo e temperatura aplicados ao tratamento térmico T6 nas propriedades mecânicas e microestruturais da liga A356. A primeira etapa do trabalho foi a retirada dos corpos de prova (CPs) das rodas automotivas manufaturadas, estes CPs foram avaliados quanto ao comportamento à corrosão através do ensaio de imersão em ambiente salino NaCl (3,5%, m/v). Perda de massa e análise superficial foram os parâmetros obtidos em função do tempo de imersão (6072 h, ~8 meses). Além disso, foi realizada análise da solução corrosiva quanto à variação de pH e mudanças visuais de cor e presença de íons. A segunda etapa foi o tratamento térmico T6 das amostras retiradas da roda automotiva pelo processo de solubilização por 300 min à 540°C. Após a solubilização, os CPs foram imediatamente imersos em água à 30°C, 60°C e 80°C, usando recipientes separados. Na sequência foi realizado tratamento de envelhecimento à 160°C (140 min), 180°C, 200°C e 220°C (300 min). Após T6, os CPs foram caracterizados por difratometria de raios X (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio mecânico à tração (LRT) e dureza Vickers. Os resultados do comportamento corrosivo mostraram baixa perda de massa, menos de 1%, nas diferentes condições de luz, mas com mudanças morfológicas consideráveis durante o tempo de estudo. Entretanto, não houve variações significativas do pH e aparência da solução corrosiva NaCl após cada retirada dos CPs. Após T6, as análises de DRX e DSC não evidenciam alterações no comportamento ocasionadas pelo tratamento térmico. O processo de envelhecimento após têmpera à 30°C apresentou melhor comportamento em relação às propriedades mecânicas (LRT ~240 MPa e 92 HV). Ao aumentar a temperatura de envelhecimento na tentativa de atingir o superenvelhecimento da liga A356, identificou-se que os CPs envelhecidos à 220°C por 300 min. apresentaram queda no LRT (~206 MPa e na dureza (82 HV), sugerindo ter atingindo o estágio de superenvelhecimento para essas condições. A caracterização da fratura corroborou que o aumento da temperatura de envelhecimento ocasionou perda nas propriedades mecânicas da liga A356 Abstract: The A356 alloy, due to its corrosive and mechanical properties, is widely used in the manufacture of wheels within the automotive sector. The present work has two main objectives, namely: - to evaluate the corrosion resistance of the A356 alloy without heat treatment, at room temperature (27±2 oC), in the presence and absence of light and; - to investigate the influence of time and temperature variables applied to the T6 heat treatment on the mechanical properties and microstructural properties of the A356 alloy. The first stage of the work was the removal of specimens (CPs) from the manufactured automotive wheels, these CPs were evaluated for corrosion behavior through the immersion test in saline NaCl environment (3.5%, m/v). Mass loss and surface analysis were the parameters obtained as a function of immersion time (6072 h, ~8 months). In addition, analysis of the corrosive solution was performed for pH variation and visual changes in color and presence of ions. The second step was the T6 heat treatment of the samples taken from the automotive wheel by the solubilization process for 300 min at 540°C. After solubilization, the CPs were immediately immersed in water at 30°C, 60°C and 80°C, using separate containers. Then, aging treatment was carried out at 160°C (140 min), 180°C, 200°C and 220°C (300 min). After T6, the PCs were characterized by X-ray diffractometry (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM), mechanical tensile test (LRT) and Vickers hardness. The corrosive behavior results showed low mass loss, less than 1%, under different light conditions, but with considerable morphological changes during the study time. However, there were no significant changes in the pH and appearance of the NaCl corrosive solution after each PC removal. After T6, the XRD and DSC analyzes do not show changes in behavior caused by the heat treatment. The aging process after quenching at 30°C showed better behavior in relation to mechanical properties (LRT ~240 MPa and 92 HV). By increasing the aging temperature in an attempt to achieve the superaging of the A356 alloy, it was identified that the CPs aged at 220°C for 300 min showed a decrease in LRT (206 MPa and hardness (82 HV), suggesting that they had reached the stage for these conditions. The characterization of the fracture corroborated that the increase in the aging temperature decreased the mechanical properties of the A356 alloy Mestrado Manufatura de Materiais Avançados Mestre em Engenharia de Produção e de Manufatura

Orientadores: Noé Cheung, Ana Conde del Campo e Hani Henein Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A intensa busca por soluções que viabilizem uma transição energética para uma economia de baixo carbono tem despertado um grande interesse na utilização do hidrogênio (H2) como alternativa para a substituição dos combustíveis fósseis. Contudo, um grande desafio é desenvolver tecnologias de produção de H2 que sejam eficazes e ecologicamente corretas. Nesse contexto, a reação de hidrólise de ligas Al-Zn-Sn se apresenta como um método promissor. Enquanto o Zn é adicionado para reduzir o potencial de corrosão do Al, o Sn estimula a formação de células microgalvânicas. Inspirado por estas excepcionais características, este estudo objetiva contribuir para um melhor entendimento do papel da microestrutura no desempenho de geração de H2 dessas ligas. Inicialmente, uma técnica de solidificação direcional transiente foi utilizada para produzir amostras das ligas Al-5Zn(-0,5, 10 e 20Sn) e Al-10Zn(10 e 20)Sn [% em peso] com diferentes escalas de refinamento microestrutural. Para as ligas Al-5Zn(-0,5Sn), também foram produzidas amostras através da técnica de Atomização por Impulso. Após análise térmica, foi realizada uma caracterização microestrutural qualitativa e quantitativa, com as amostras sendo posteriormente submetidas a ensaios de evolução de H2 e de polarização potenciodinâmica. Os resultados revelam que a microestrutura dendrítica das ligas Al-5Zn(-0,5Sn) é composta por dendritas de simetria quádrupla, enquanto as ligas com alto teores de Sn são caracterizadas por dendritas do tipo placa. Para ambos os casos, equações experimentais podem ser aplicadas para descrever o crescimento dos espaçamentos dendríticos em termos de parâmetros térmicos de solidificação. Todas as ligas apresentaram um comportamento corrosivo relativamente ativo. Além disso, observou-se que a adição de Sn combinada com o refinamento microestrutural tende a acelerar a liberação de H2 e que tal comportamento pode ser representado por equações do tipo Hall-Petch. Finalmente, a liga Al-5Zn-0.5Sn apresentou uma das melhores combinações de fatores para uma produção de hidrogênio Abstract: The intense search for solutions that enable an energy transition to a low carbon economy has aroused great interest in the use of hydrogen (H2) as an alternative for replacing fossil fuels. However, a major challenge is to develop H2 production technologies more effective and environmentally friendly. In this context, the hydrolysis reaction of Al-Zn-Sn alloys presents itself as a promising method. While Zn is added to reduce the corrosion potential of Al, Sn stimulates the formation of microgalvanic cells. Inspired by such exceptional features, this study aims to contribute to a better understanding of the role of microstructure in the H2 generation performance of these alloys. First, a transient directional solidification technique was utilized to produce Al-5Zn(-0.5, 10 and 20Sn) and Al-10Zn(10 and 20)Sn [wt.%] alloys samples with different microstructure length scales. For the Al-5Zn(-0.5Sn) alloys, samples were also produced using the Impulse Atomization technique. After thermal analysis, a qualitative-quantitative microstructural characterization was performed, with the samples being subsequently subjected to H2 evolution tests and potentiodynamic polarization. The results reveal that the microstructure of the Al-5Zn(-0.5Sn) alloys is composed of dendrites with four-fold symmetry, while the alloys with high Sn contents are characterized by plate-like dendrites. For both cases, experimental equations can be applied to describe the growth of dendritic spacings in terms of solidification thermal parameters. All studied alloys showed a relatively active corrosive behavior. Furthermore, it was observed that the addition of Sn combined with the microstructural refinement tends to accelerate the release of H2 and that such behavior can be represented by Hall-Petch-type equations. Finally, the Al-5Zn-0.5Sn alloy showed a more appropriate combination of features for hydrogen production Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 140918/2018-3 FAPESP 2021/11439-0

Num mundo em que as alterações climáticas são uma preocupação diária a redução da emissão dos gases de efeito estufa torna-se obrigatória. Nesse sentido a indústria automóvel evolui no sentido de aumentar a eficiência energética dos veículos e uma das soluções encontradas foi a redução da sua massa. É nesta tentativa de redução de massa que as ligas de alumínio ganham importância, sendo cada vez mais aplicadas e, por conseguinte, mais investigadas de forma a conhecer o seu comportamento. Assim, surge o propósito deste trabalho, o estudo do retorno elástico das ligas de alumínio. O presente trabalho incide sobre duas ligas de alumínio, a AA6022-T4 e a AA6061-T6, que foram caraterizadas por meio de ensaios de tração para várias orientações de laminagem. Realizada a caraterização das ligas, seguiu-se a execução dos ensaios de flexão recorrendo a ferramentas em forma de V e U. Foram estes ensaios que permitiram o estudo do springback, onde foi possível concluir que quanto menor for o ângulo e maior o raio do punção maior será o valor do springback. Outra conclusão retirada foi que a liga AA6061-T6 apresenta maiores valores de springback do que a AA6022-T4, sendo que esta última é mais propensa á ocorrência de spring-go. In a world where climate changes are a daily concern, reducing the emission of greenhouse gases becomes mandatory. In this regard, the automotive industry is evolving towards increasing energy efficiency of vehicles and one of the solutions found was the reduction of their mass. The aluminum alloys gain importance in the attempt of reducing mass, being increasingly applied and, therefore, more investigated in order to know their behavior. In this context, the purpose of this work arises, the study of the springback of aluminum alloys. The present work focuses on two aluminum alloys, AA6022-T4 and AA6061-T6, and they were characterized by tensile tests for various rolling directions. After the characterization of the alloys, the V-bending and U-bending tests were carried out. These tests allowed the study of springback, where it was possible to conclude that a small angle and a large puncture radius, result in a large springback value. Another conclusion drawn was that the AA6061-T6 alloy has higher springback values than the AA6022-T4, being the latter more prone to spring-go occurrence. Mestrado em Engenharia Mecânica

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A influência das modificações na estrutura cristalina de um material provocadas por deformação plástica severa (SPD), como o processamento por torção sob alta pressão (high-pressure torsion - HPT) no comportamento de corrosão de materiais metálicos ainda não é bem compreendida. Esse estudo avaliou a influência do HPT no comportamento de corrosão de uma liga solubilizada de Al-3%Mg-0,2%Sc por meio de ensaios eletroquímicos de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), polarização cíclica, análise de Mott-Schottky, espectroscopia de fotoelétrons por raios-X (XPS) e cronoamperometria em solução de NaCl 3,5% (m/v). Observou-se que a corrente passiva decresceu após o processamento por HPT, indicando a formação de uma camada de óxido mais protetora na superfície da liga processada. As análises de Mott-Schottky confirmaram a alta eficiência de proteção da camada passiva no material processado por HPT pela baixa concentração de defeitos no óxido formado. O filme formado na liga solubilizada foi característico de semicondutor do tipo p e do tipo n, enquanto a liga processada por HPT apresentou apenas um comportamento de filme semicondutor do tipo n. As análises de EIE mostraram melhora na resistência à corrosão em meio salino após o processamento por HPT. Os materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) após os ensaios de corrosão. A fim de avaliar a influência do tamanho e distribuição dos grãos no comportamento de corrosão da liga, o material processado por HPT foi submetido a recozimento em diferentes temperaturas e a resistência à corrosão da liga recozida foi avaliada por meio de ensaios de EIE e polarização potenciodinâmica em solução de NaCl 3,5% (m/v). A análise dos diagramas de Nyquist e Bode indicou a melhor resistência à corrosão dos materiais que apresentaram uma distribuição de grãos mais uniforme e os dados de polarização indicaram maior densidade de corrente de corrosão para as amostras com estrutura de grão mais heterogênea. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier com reflectância total atenuada (FTIR-ATR) e MEV e as imagens sugeriram maior sensibilidade à corrosão daquelas amostras que se mostraram com distribuição de grãos mais heterogênea após o processo de recozimento. Modification’s influence in crystalline structure of a material caused by severe plastic deformation (SPD), such as high-pressure torsion (HPT) in the corrosion behavior of metallic materials is not yet well understood. This work evaluated the influence of HPT in the corrosion behavior of an Al-3%Mg-0.2%Sc as-cast alloy through electrochemical tests of electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic polarization, Mott-Schottky analyses, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and chronoamperometry in a 3.5% (wt.%) NaCl solution. It was observed that the passive current decreased after processing by HPT, indicating the formation of a more protective oxide layer in the processed alloy surface. The Mott-Schottky analysis confirmed the high protection efficiency of the oxide layer in the processed material by the low defects concentration in the oxide formed. The film formed in the as-cast alloy was characteristic of type p and type n semiconductor, while the processed by HPT alloy just presented a film type n semiconductor behavior. The EIS analysis showed improvement in the corrosion resistance in saline environment after the HPT processing. The materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM) after the corrosion tests. In order to evaluate the influence of grain size and distribution in the alloy corrosion behavior, the processed by HPT material was subjected to annealing in different temperatures and the annealed alloy corrosion resistance was evaluated through EIS and potentiodynamic polarization tests in 3.5% (wt.%) NaCl solution. Analysis of Nyquist and Bode diagrams suggested better corrosion resistance in materials the presented a more homogeneous grain distribution and the polarization data indicated higher corrosion current density to the samples which present a more heterogeneous grain structure. The materials were characterized by attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) and SEM and the images suggested more corrosion sensibility in the samples that have a more heterogeneous grain distribution after annealing process.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Ligas Zn-Al com grãos ultrafinos têm sido produzidas por diferentes técnicas de deformação plástica severa (severe plastic deformation – SPD) com o objetivo de melhorar suas propriedades superplásticas, que são favorecidas pelo refino de grão e aumento da porcentagem de contornos de alto ângulo de desorientação. Neste contexto, a presente pesquisa propôs avaliar a evolução microestrutural e o comportamento mecânico de uma liga hipoeutética Zn-3,8%Al-2,3%Cu-0,4%Mg, comercialmente conhecida como Zamac 8, processada por até 23 ciclos de forjamento multidirecional (MDF), à temperatura ambiente, com amplitude de deformação de ~30% por passe. O MDF é uma técnica de SPD simples e que apresenta diversas vantagens quando comparada a outros métodos. A evolução microestrutural foi avaliada por análises de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX) para diferentes ciclos de MDF, enquanto o comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de dureza, compressão com mudanças de velocidade de deformação e microtração. Após uma deformação total (ε) de ~20,7 os tamanhos de grão nos componentes η-Zn primário, eutético e eutetóide foram reduzidos para ~0,25, 0,4 e 0,3 µm, respectivamente, partindo-se de tamanho de grão inicial de até 53 µm. O metal apresentou bandas de cisalhamento, maclas profusas e encruamento no primeiro ciclo de MDF, além disso, deformação adicional até ε ≈ 7 promoveu um refinamento significativo do grão da fase η-Zn, juntamente com a redução da tensão de fluxo devido a ocorrência de deslizamento de contornos de grão. Posteriormente, o fluxo plástico ocorreu sob tensão constante e o amaciamento torna-se novamente prevalente para ε > 12. Os componentes individuais da liga Zn-Al hipoeutética apresentaram diferentes cinéticas de endurecimento e refinamento de grãos, de modo que as mudanças microestruturais são observadas pela primeira vez nas áreas do η-Zn primário e, sucessivamente, nos domínios eutetóide e eutético. Com base na dureza média de cada um dos componentes, a regra das misturas foi usada para estimar a resistência global do material após MDF. Apesar de os resultados mostrarem tendências semelhantes, é revelado que a regra das misturas superestima as tensões de fluxo em comparação a curva tensão-deformação in-situ. Isso enfraquece a hipótese de isodeformação e sugere que a deformação se concentra e nas áreas de menor resistência nos estágios de amaciamento do processo de MDF. Ultrafine-grained Zn-Al alloys have been produced by different severe plastic deformation (SPD) techniques to improve its superplastic properties, which are favored by grain refinement and the increase in the percentage of high angle grain boundaries. In this context, the present research evaluated of microstructural evolution and mechanical behavior of a hypoeutectic Zn-3,8%Al-2,3%Cu-0,4%Mg alloy, commercially known as Zamak 8, processed by up to 23 cycles of room-temperature multi-directional forging (MDF) with strain amplitude of ~30%; MDF is a simple SPD technique and has several advantages when compared to other techniques. The microstructural characterization was conducted by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis, while the mechanical behavior was evaluated by hardness test, compression tests with changes in strain rate and microtensile tests. Experiments were performed to examine the flow behavior and microstructural evolution in a Zn–Al–Cu–Mg alloy processed by up to 23 cycles of multi-directional forging (MDF). After a total strain (ε) of ~20.7 the grain sizes in the primary η-Zn, eutectic and eutectoid components were reduced to ~0.25, 0.4 and 0.3 μm, respectively, starting from the initial grain size of up to 53 μm. The metal exhibits profuse shear banding and twinning and undergoes work hardening in the 1st MDF cycle. Further straining up to ε ≈ 7 promotes significant grain refinement in η-Zn phase together with strain softening due to occurrence of grain boundary sliding. Afterwards, the plastic flow occurs under a constant stress and flow softening is again prevalent for ε > 12. The individual components in the Zn–Al hypoeutectic alloy display different hardening kinetics and grain refinement such that the microstructural changes are first observed in the primary η-Zn areas and subsequently in the eutectoid and eutectic domains. Based on the average hardness in each component, the rule of mixtures was used to estimate the overall material strength after MDF. Although the results show similar trends to those obtained experimentally, it is observed that the rule of mixtures overestimates the flow stresses compared with the in-situ stress-strain curve. This undermines the hypothesis of iso-strain and suggests that deformation concentrates in the weaker areas in the flow softening stages of MDF processing.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2016. A presente dissertação visa analisar o comportamento de desvio do plano de propagação de trincas em fadiga e o surgimento de bifurcações ao logo da propagação. Nos ensaios foram utilizados corpos de prova compact tension (CT), com dimensões padronizadas pela norma técnica ASTM - E647, e fabricados com liga de alumínio AA7050-T7451. As análises foram realizadas na direção de laminação T-S, por apresentar maior variação dos tamanhos de grãos em relação às demais, e por apresentar comportamento atípico durante os ensaios. Para observar o crescimento da trinca em ambas as faces do corpo de prova, foram fixadas escalas milimétricas para o acompanhamento do crescimento da trinca nas duas faces. Visando caracterizar o comportamento observado durante os ensaios foram realizadas análises fractográficas nos CP’s fraturados (CP-01, CP-02, CP-03 e CP-04), e micrografia no CP monitorado para que não viesse a falhar (CP-05). A fim de obter um parâmetro de comparação, um ensaio em outra direção (L-T) também teve sua superfície de fratura analisada. Esta direção foi escolhida por apresentar comportamento padrão durante o ensaio, e maior valor do fator de intensidade de tensão (ΔK) dentre as demais direções. As análises realizadas possibilitaram verificar que os comportamentos de desvio e bifurcação da trinca estão ligados à variação da microestrutura e a coalescência de microvazios ocasionados pelas inclusões. Tais constatações foram possíveis devido à realização de análises fractográficas na superfície de fratura dos espécimes, pela análise de micrografia e também pela comparação dos aspectos fractográficos observados com os aspectos fractográficos encontrados na literatura. This thesis aims to analyze the behavior of deviation from the crack propagation plane in fatigue and the deviation and bifurcations of propagation. In the tests were used specimens compact tension (CT) with dimensions standardized through the ASTM - E647 and made starting AA7050-T7451 aluminum alloy. Analyses were performed in the direction of T-S lamination, due to its greater variation of grain sizes in relation to others, and to present atypical behavior during rehearsals. To observe the crack growth in both specimen faces, millimeter scales to monitor the growth of the crack on both sides were fixed. To characterize the behavior observed during the tests, fractographic analyzes were performed on specimens (CP-01, CP-02, CP-03 and CP-04), and micrographs in CP monitored so that it should not fail (CP-05). To obtain a comparison parameter, an assay in another direction (L-T) also had a fracture surface analyzed. This direction has been chosen by present default behavior during the test, and higher value of the stress intensity factor (ΔK) from other directions. The analyzes allowed to verify that the behavior of bifurcation and crack are linked to variations in microstructure and coalescence of microvoids caused by inclusions. These findings were made possible due to the realization of fractographic analyzes the fracture surface of the specimens, the micrograph analysis and also by comparing the fractographs aspects observed with fractographic aspects found in the literature.

Orientador: Eugenio Jose Zoqui Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta uma análise da viabilidade do emprego de quatro ligas Al- Si-Mg como matéria-prima tixoconformável, e a utilização destas em tixoforjamento em prensa do tipo excêntrica em matriz do tipo aberta. As quatro ligas Al-Si-Mg, com 1, 2, 4 e 7wt%Si e 0,5wt%Mg, foram produzidas por ultra-refino (adição de Al-5wt%Ti- 1wt%B), e a avaliação da tixoformabilidade foi efetuada em quatro etapas distintas: ensaios de globularização sob duas frações sólidas e quatro tempos distintos; ensaios de viscosidade nas mesmas condições; ensaios de tixoforjamento e ensaios de tração da peça tixoforjada. Uma das principais inovações do trabalho é a execução do tixoforjamento em prensa excêntrica com a matriz do tipo aberta. Os resultados mostraram o melhor efeito do refino para ligas com teores de Si inferiores a 4%. A avaliação morfológica realizada, baseada nos valores de RQI, mostrou que não há grande variação morfológica para os distintos tempos de globularização, sugerindo que a liga Al-4,0wt%Si-0,5wt%Mg é a condição mais adequada para o tixoforjamento. A morfologia da fase sólida é o principal fator para o controle do comportamento viscoso. Ligas com menores fs e morfologia globulares apresentam menores valores de viscosidade aparente. Os ensaios de tixoforjamento mostraram que a força necessária em sua execução é praticamente constante, independentemente do tempo de globularização e fração sólida. O maior tempo de tratamento induziu à peça maior quantidade de rebarbas, além de tornar mais difícil a execução. Ligas com 45% de fração sólida apresentaram um melhor preenchimento de matriz. Resultados também mostraram que as ligas tixoforjadas a um menor tempo de globularização em menor fração sólida apresentaram melhores limites de escoamento. A liga 4wt%Si submetida ao tratamento de globularização com o tempo de 0s para a fs 45% apresentou a melhor morfologia (RQI-0,58), a melhor viscosidade (1,7 . 105Pa.s), a melhor tixoformabilidade e bom limite de escoamento (115MPa). Abstract: This thesis presents an analysis of the feasibility of employment of four Al-Si-Mg alloys as thixoforming raw material, and the use these alloys in thixoforging in an eccentric press using a matrix-type open. The four Al-Si-Mg alloys, with 1, 2, 4 and 7wt% Si and 0.5 wt% Mg, were produced by ultra-refining (addition of Al-5wt% Ti-1wt% B), and the evaluation of the thixoformability was made in four distinct stages: testing the globularization under two solid fractions and four different times; trials of viscosity under the same conditions; thixoforging tests and tension tests of the thixoforged piece. One of the main innovations of the work is the implementation of thixoforging in an eccentric press with the matrix-type open. The results showed the best effect of refining for alloys with lower levels of Si to 4%. The morphological evaluation performed, based on values of RQI, showed that there is little morphological variation to the different times of globularization used, suggesting that Al-4,0wt% Si-0,5wt% Mg is the best condition for thixoforging. The morphology of the solid phase is the main factor for the control of the viscous behavior. Alloys with lower fs and globular morphology presents lower values of viscosity. Thixoforging tests showed that the force required for its implementation is almost constant, regardless globularization and solid fraction. The longest time of treatment led to a greater overflow in the piece, and more difficult to implement the thixoforging operation. Alloys with 45% of solid fraction had better filling behaviour in the matrix. Results also showed that the thixoforged pieces with lower globularization time and lower solid fraction had higher yield strain. The 4wt% Si alloy subjected to the globularization treatment at time of 0s for 45% fs presented the best morphology (RQI-0.58), the best viscosity (1.7 105Pa.s), the best and good thixoformability behaviour and the a good yield strain (115MPa). Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugenio José Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho busca contribuir para o desenvolvimento do campo da reofundição referente à obtenção de pastas reofundidas por agitação eletromagnética em processo de lingotamento semi-continuo no âmbito nacional, analisando a possibilidade de se obter matéria prima com estruturas globulares apropriadas para processamento posterior no estado semi-sólido de ligas de baixo e médio ponto de fusão. Para tanto foi projetado e construído um equipamento capaz de produzir lingotes com diâmetro de até 80mm, por lingotamento semi-continuo e promoção de agitação eletromagnética do metal líquido durante a solidificação. A agitação eletromagnética visa a alteração da morfologia de crescimento da fase sólida primária de uma liga, no caso do trabalho para uma liga AA2011. As estruturas dos lingotes obtidos foram caracterizadas macro e microestruturalmente para análise da influência das variáveis de controle do processo (apenas da velocidade de lingotamento e presença de agitação) sobre as variáveis de resposta (espaçamento interdendrítico secundário, teor de segunda fase, diâmetro médio e fator de forma da fase sólida primária). A análise dos resultados obtidos atestam que o equipamento é eficiente em produzir lingotes com estruturas globulares, com diâmetro médio dos glóbulos em torno de 140|im e fator de forma em tomo de 2. Estes valores indicam que os lingotes obtidos estão reofundidos e apropriados portanto para uso como matéria prima em processos de tixoconformação Abstract: This work search for contribute for the development of the rheocast production area. It is concerning about obtaining rheocast slurries by electromagnetic stirring in a semi-continuous casting apparatus, with the analysis of the possibility to obtain raw material with globular structures able for posterior processing in the semi solid state for low and medium melting point alloys. For this matter was projected and built an equipment capable of producing ingots with diameter up to 80mm, for semi-continuous casting and a system to produce the electromagnetic agitation of the liquid metal during the solidification. The electromagnetic stirring seeks the alteration of the morphology of the growing solid (the primary solid phase of the alloy - in this particularly case the alloy AA2011). The structures of the obtained ingots were characterised for macro and microstructure to analyse the influence of the control variables of the process (casting speed and agitation presence) on the answer variables (interdendritic secondary arm spacing, quantity of secondary phase, globular medium diameter and roundness in way to characterised of the primary solid phase). The analysis of the obtained results attests that the equipment is efficient to produce ingots with globular structures, with globules medium diameter around 130um and roundness around 2. These values indicate that the obtained ingots are rheocast material and therefore it is appropriate for the usages as raw material in the tixo-conformation processes Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugenio Jose Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O método mais utilizado na indústria para obtenção de pastas reofundidas, é o que utiliza a agitação eletromagnética através de lingotamento contínuo. Este trabalho, analisou a influência de alguns parâmetros de processo como velocidade de lingotamento (lcmls e 3cmls) e potência de agitação (600W, 900W e 1200W), sob a microestrutura final do reofundido, num equipamento de lingotamento semi-contínuo, utilizando a liga A356 sob agitação eletromagnética. A metodologia, baseou-se no uso de um planejamento fatorial, com três réplicas por cada nível. A caracterização envolveu medidas de tamanho de grão, tamanho de glóbulo, espaçamento interdendrítico, fator de forma e teor de segunda fase. As amostras foram analisadas em três seções do lingote (fundo, meio e topo). Os melhores resultados foram obtidos na potência de agitação de 1200W que gerou menores tamanho de grão, glóbulo e fator de forma, não havendo influencia significativa da velocidade de lingotamento, cujos valores não foram suficientemente distintos para gerarem diferentes taxas de resfriamento e conseqüentes alterações de microestrutura Abstract: The method widely used in the industry for obtaining of rheocast materials, it is what uses the eletromagnetic stirring through continuous casting. This work, analyzed the influence of some process parameters as casting speed (lcrn/s and 3crn/s) and stirring power (600W, 900W and 1200W), on the final microstructure ofthe rheocast material, in an equipment of semi-continuous casting of A356 alloy under eletromagnetic stirring. The methodology, based on the use of a factorial planning, with three samples for each leveI. The characterization involved measures of grain size, globule size, interdendritic layer, roundness and tenor of second phase. The samples were analyzed in three sections of the ingot (bottom, half and top). The best results were obtained in the stirring power of J200W that generated smaller grain size, globule size and roundness, not having influences significant of the casting speed, whose values weren't sufficiently different for us to generate different cooling rates and consequent microstructures alterations Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientação: Frab Norberto Boscolo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Odontologia de Piracicaba Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da filtração alternativa da liga alumínio/zinco em aparelhos de raios X odontológicos, em relação ao espectro de energia dos feixes de raios X, a taxa de kerma no ar, o índice de contraste nas radiografias obtidas e qualidade das imagens radiográficas. Este estudo foi realizado comparando o filtro convencional de alumínio com várias espessuras do filtro de liga alumínio/zinco, em diferentes porcentagens do elemento zinco na liga (2%, 3%, 4% e 5%). Foi utilizado um aparelho de raios X odontológico convencional, operando com 60 kVp e 70 kVp, e filmes radiográficos pertencentes ao grupo D e E de sensibilidade. Foram realizadas radiografias de um "phantom" e de uma escala de densidade de alumínio. O uso dos filtros de liga AI/Zn resultou em um não endurecimento dos feixes. A taxa de kerma no ar diminuiu em até 18,53%, sem alteração no contraste das radiografias. A qualidade das imagens obtidas com os filtros de liga AIZn também tiveram uma boa aceitação pelos examinadores. A análise dos resultados nos levou a concluir que o filtro de liga AIZn 2%, com 1,99 mm de espessura, tensão de 60 kVp, quando usado com filme D, foi o que obteve melhor desempenho, reduzindo a taxa de kerma no ar sem variar o índice de contraste das radiografias, mantendo a qualidade da imagem aceitável para diagnóstico, sem contudo aumentar o tempo de exposição Abstract: The aim of this research was evaluate the effects of the alternative filtration of the aluminumlzinc alloy in dental X rays machines, in relation to the spectrum of energy , the X ray dose, the contrast alterations and the image quality. This study was accomplished comparing the conventional aluminum filter with several thickness of the aluminumlzinc alloy filter, in different percentages of zinc in the alloy (2%, 3%, 4% and 5%). It was used a conventional X ray machine, operating with 60 kVp and 70 kVp, and D and E speed films, in order to obtain images of a phantom and of a aluminum step wedge. The use of the filters Al/Zn resulted in a spectra with smaller amount of fótons, however it was not found hardening of the beam. The kerma in the air was decreased in up to 18,53%, without alteration in the contrast of the images. The quality of the images obtained with the filters Al/Zn also had a good acceptance for the examiners. The analysis of the results showed that the filter alloy Al/Zn 2%, with 1,99 mm of thickness, tension of 60 kVp, when used with film D, obtained the best performance, reducing the kerma in the air without reducing contrast, and the image quality was considered acceptable for diagnosis. This filter also didn't needed an increase in the exposition time that would cause an consequent increase in the load of the tube Mestrado Mestre em Radiologia Odontológica

Orientador: Maria Clara Filippini Ierardi Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O laser atualmente é uma eficiente ferramenta para tratamentos de superficie, atingindo uma área restrita, ou seja, alterando propriedades das regiões superficiais sem alterar o material como um todo. Dentre os tratamentos superficiais com laser pode citar-se a Formação de ligas de Superficie (Alloying) e o Formação de Ligas de Camadas Superficiais (Cladding). Esses processos, em função da pequena área afetada pelo calor, propiciam condições para a solidificação rápida, favorecendo precipitação de fases fora do equilíbrio e refino de grão. Essas alterações superficiais podem melhorar a resistência ao desgaste e dureza. O presente trabalho analisa o processo de Formação de ligas de Superficie (Alloying) de uma liga AI Ni sobre substrato de alumínio comercialmente puro. A nova liga de superficie formada é avaliada através da análise da microestrutura resultante, dureza, variação da concentração de Ni na camada e resistência à corrosão Abstract: Nowadays the laser is an efficient toa} to treat surfaces, getting to a restricted area by altering the propertie~ of thore &lperncial area~, without altering the ma.terial a.~ a. whole. Among~t the superficial laser treatments one can menrion Alloying and Cladding. These processes, because of the small heat affected area, allow conditions to a rapid solidification, favoring the precipitation of phases out of equilibrium and grain refinement. These surface alterations can increase the resistance to wearing and the hardness. The present work analyses the laser AIloying of a AlNi compound over a commercially pure AI substrate. The newly formed surface compound is evaluated by an analysis of the resulting microstruture, porosity, hardness, variation of the Ni concentration in the layer and resistance to corroslon Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A procura por relações funcionais correlacionando parâmetros microestruturais e o comportamento mecânico de ligas metálicas é fundamental para a pré-programação do produto final. O presente estudo pretende contribuir para o entendimento sobre a influência dos parâmetros microestruturais na resistência ao desgaste e nas propriedades mecânicas de ligas de dois sistemas binários: AI-Sn e AI-Si. Tais ligas são bastante usadas em aplicações de engenharia, tais como mancais e camisas de cilindro de motores de combustão, respectivamente. Apesar do grande uso das ligas do sistema AI-Sn como material tribológico, são escassos os estudos sobre o desenvolvimento microestrutural destas ligas na literatura. Neste estudo, quatro ligas hipoeutéticas do sistema AI-Sn e três ligas hipoeutéticas do sistema AI-Si foram submetidas a solidificação unidirecional, na direção vertical e sentido ascendente, sob condições transitórias de fluxo de calor. Os espaçamentos dendríticos primários (À1) e secundários (À2) foram medidos nas direçõe.s transversal e longitudinal dos lingotes, respectivamente, e correlacionados com as variáveis térmicas que atuaram durante a solidificação. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente_as variáveis térmicas, tais como: coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, taxa de resfriamento e tempo local de solidificação. Este estudo também aborda a influência do teor de soluto nos espaçamentos dendríticos das ligas estudadas. Os dados experimentais obtidos, concementes à solidificação das ligas AI-Sn, são comparados com modelos de crescimento dendrítico existentes na literatura. O comportamento mecânico das ligas AI-Sn e AI-Si foi analisado por meio de ensaios de tração e de desgaste. O ensaio de desgaste utilizado foi o ensaio de micro-abrasão por esfera rotativa fixa, sob condições a seco (sem óleo lubrificante ou solução abrasiva). As amostras submetidas aos ensaios de desgaste foram retiradas na direção transversal dos lingotes. A condição a seco foi adotada para impedir a interferência de elementos interfaciais na resposta da microestrutura com relação ao desgaste mecânico. O volume de desgaste é o parâmetro quantificador da resistência ao desgaste e, são obtidas equações que correlacionam o volume de desgaste com espaçamentos dendríticos, levando em consideração o tempo de ensaio, que está relacionado com a distância de deslizamento. Abstract: The search for relationships between microstructural parameters and mechanical behavior of alloys is fundamental for the pre-programming of final properties of as-cast components. The present study aims to contribute to the understanding about the influence of microstructural parameters on the wear resistance and mechanical properties of alloys of two binary systems: Al-Sn and AI-Si. Such alloys are widely used in engineering applications, especially as bearing components such as journal bearings and cylinder liners, respectively. Despite the wide use of Al-Sn alloys as bearing materiaIs studies on the microstructural development of such alloys are rare.. In the present study, four Al-Sn and three AI-Si hypoeutectic alloys were directionally solidified under upward unsteady state heat flow conditions. The primary (1,,1) and secondary (Â.2) dendrite arm spacings were measured along the castings length and correlated with transient solidification thermal variables. A combined theoretical and experimental approach has been used to quantitatively determine such thermal variables, i.e., transient metaVmold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidifÍcation time. This study also focuses on the dependence of dendrite arm spacings on the alloy solute content. Furthermore, the experimental data conceming the solidification of AI -Sn alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature. The mechanical behaviors ofthe AI-Sn and AlSi alloys were analyzed by wear and tensile tests. Micro-abrasive wear tests under dry sliding conditions and by using a fixed rotating sphere were applied to transversal samples collected along the casting. The dry condition is adopted to prevent effects of interfacial elements such as abrasive slurry or lubricant oil on the microstructural response during the tests. The wear volume was used to evaluate the wear resistance. Afterwards, equations correlating the wear volume and the dendritic arm spacing have been proposed taking into account the influence of time (sliding distance). Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Ana Maria Martinez Nazar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O objetivo do presente trabalho foi o de estudar os principais efeitos de interação na taxa de propagação de uma trinca por fadiga, em amostras de uma liga de alumínio 2024-T3 de espessura fina, submetida a carregamentos de amplitude variável. Os efeitos de interação estudados foram os seguintes: 1. Aceleração na taxa de propagação da trinca por fadiga em carregamentos de seqüência ascendente. 2. Retardo na taxa de propagação da trinca por fadiga em carregamentos de seqüência descendente. 3. O efeito de cargas de tração de valor menor do que as anteriores, na redução do retardo no crescimento da trinca, Na elaboração dos modelos teóricos foram utilizados a equação de Forman, que representa bem os dados empíricos obtidos em carregamentos de amplitude constante e o modelo de Willenborg. Com os resultados obtidos foi possível obter um modelo geral que pode representar o crescimento de uma trinca por fadiga submetida a um carregamento de amplitude variável Abstract: This thesis has the objective of studyng the interaction effects on the fatigue crack propagation rate in thin samples of an aluminium alloy 2024-T3, subjected to variable amplitude loading. The following interaction effects were studied: 1. Acceleration on the fatigue crack propagation rate in ascendent sequence loading. 2. Retardation effects on the fatigue crack propagation rate in descendent sequence loading. 3. The effect of underloads on the retardation of the fatigue crack growth. To obtain the theoretical models that represent the interaction effects, the Forman expression and the Willenborg model were employed. It was possible, with those results, to elaborate a final model that represents the growth of a fatigue crack subjected to variable amplitude loading Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: As morfologias das estruturas de solidificação, caracterizadas principalmente por arranjos celulares e dendríticos, e suas grandezas representadas por espaçamentos celulares e dendríticos primários, secundários e terciários, controlam os perfis de segregação e a formação de segundas fases dentro das regiões intercelulares ou interdendríticas, que determinam as propriedades finais das estruturas fundidas. O presente trabalho pretende contribuir para o entendimento do desenvolvimento microestrutural de ligas binárias através da análise de dois sistemas binários que possuem elevada importância para a indústria na fabricação de peças fundidas automotivas e grades de baterias: Al-Si e Pb-Sb, respectivamente. Os experimentos realizados utilizaram dois diferentes dispositivos em que o calor é extraído somente pelo sistema de resfriamento a água, localizado no fundo (solidificação ascendente) e no topo (solidificação descendente) da lingoteira. As variáveis térmicas de solidificação foram determinadas pela leitura de temperaturas a partir de termopares posicionados dentro da lingoteira em diferentes posições em relação à superfície refrigerada. Estas variáveis térmicas foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação. Os aspectos macroestruturais e microestruturais foram caracterizados ao longo dos lingotes através de microscopia óptica. Para as ligas Al-Si foi realizada uma análise complementar do efeito da convecção térmica e constitucional nos espaçamentos dendríticos terciários na solidificação unidirecional transitória descendente. Ligas hipoeutéticas Pb-Sb foram utilizadas para analisar as influências das variáveis térmicas de solidificação e da concentração de soluto nas estruturas celulares, na transição celular/dendrítica e nas estruturas dendríticas. Os espaçamentos celulares e dendríticos foram comparados com as previsões teóricas fornecidas pelos principais modelos de crescimento estacionário e transitório da literatura. Foram também examinados os efeitos da taxa de resfriamento no crescimento celular da liga Pb 0,85%Sb e a influência do tamanho celular e do perfil de macrossegregação correspondente na resistência à corrosão Abstract: The morphologies of as-cast microstructures, characterized mainly by cellular and dendritic patterns, and their scales represented by primary, secondary and tertiary arm spacings, control the segregation profiles and the formation of secondary phases within intercellular and interdendritic regions, which determine the final properties of castings. The present work aims to contribute to the understanding of microstructural development of binary alloys by analyzing two binary systems, which possess high industrial importance in the manufacture of as-cast automotive components and battery grids: Al-Si and Pb-Sb, respectively. Experiments have been carried out by using two castings assemblies, which were designed in such way that heat was extracted only through the water-cooled system, located at the bottom (upward solidification) and at the top (downward solidification) of the casting. The solidification thermal variables have been determined from thermal readings acquired by thermocouples located inside of the casting in different positions from the cooled surface. Such experimental thermal variables have been compared with theoretical predictions of a numerical model of solidification. Macrostructural and microstructural aspects along the casting were characterized by optical microscopy. For Al-Si alloys a complementary analysis of the influence of thermosolutal convection on the tertiary dendrite arm spacing during the downward unsteady-state directional solidification has been carried out. Hypoeutectic Pb-Sb alloys have been used to analyze the influences of solute concentrations and solidification thermal variables in the development of cellular structures, the cellular/dendritic transition and dendritic structures. Experimental cellular and dendritic spacings have been compared with the theoretical predictions furnished by the main steady-state and unsteady-state growth models from the literature. The effect of cooling rate on the cellular growth of a Pb 0.85wt%Sb alloy and the influences of cell size and of the corresponding macrosegregation profile on the resultant corrosion behavior have also been examined. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugênio José Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: As ligas de alumínio são as mais versáteis de todas as ligas empregadas em fundição e sua classificação é feita de acordo com seus elementos de liga majoritários. A liga A356, o material em estudo, é uma das principais ligas utilizadas como matéria-prima nas indústrias, especialmente no tocante a processamento no estado semissólido, e possui como elemento majoritário o silício (Si), além da adição de elementos como o magnésio (Mg) e o cobre (Cu). No entanto, ligas de alumínio com alto teor de silício são suscetíveis à falha por fadiga. O trabalho teve por objetivo principal avaliar comparativamente o comportamento em fadiga da liga A356 conformada via tixoforjamento com duas condições de processamento: reaquecimento a 585°C por 30s e 60s. Já os objetivos específicos foram: otimizar a liga visando a redução de sua porosidade; realizar ensaios de tixoforjamento com dois tempos distintos de globularização; analisar a macro e microestrutura das ligas tixoforjadas; e caracterizar as propriedades mecânicas da liga, notadamente quanto ao seu comportamento em fadiga. Os resultados e análises dos ensaios mostraram que as amostras produzidas com 30s de reaquecimento obtiveram um limite de resistência à fadiga superior às de 60s. Além disso, foi possível observar que o melhor método para a produção da liga é por refinador de grão e borbulhamento de gás a uma vazão de 2,5l/min. As análises macro e microestrutural mostraram a presença de uma estrutura predominantemente globular e, em relação à fadiga, foi possível observar a presença de poros na superfície de fratura, sendo o principal fator de influência na vida em fadiga. Além disso, a propagação da trinca ocorre preferencialmente pela fase eutética, caracterizando uma fratura dúctil do material Abstract: Aluminum alloys are the most versatile of all alloys used in casting and their classification is made according to their major league elements. The A356 alloy, the material under study, is one of the main alloys used as raw material in industries, especially in the semi-solid state, and has as main element the silicon (Si), besides the addition of elements such as magnesium (Mg) and copper (Cu). However, aluminum alloys with high silicon content are susceptible to failure due to fatigue. The main objective of the work was to evaluate the fatigue behavior of the A356 alloy formed by tixoforging with two processing conditions: reheating at 585°C for 30s and 60s. The specific objectives were: to optimize the alloy in order to reduce its porosity; to perform thixoforging tests with two distinct globularization times; analyze the macro and microstructure of the tixoforging alloys; and characterize the mechanical properties of the alloy, notably its behavior in fatigue. The results and analysis of the tests showed that the samples produced with 30s of reheating obtained a fatigue limit higher to those of 60s. In addition, it was possible to observe that the best method for the production of the alloy is by a grain refiner and gas bubbling at a flow rate of 2.5 l/min. The macro and microstructural analyzes showed the presence of a predominantly globular structure and, in relation to the fatigue, it was possible to observe the presence of pores in the fracture surface, being the main factor of influence in the fatigue life. In addition, the crack propagation occurs preferentially by the eutectic phase, characterizing a ductile fracture of the material Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ 131757/2016-4

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese manchada, problema na legibilidade Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: A liga de alumínio 3003 (AI-Mn-Fe-Si) é uma liga endurecível por dispersão de precipitados rigidos e incoerentes. A caracterização das fases presentes foi feita com o auxílio de várias técnicas complementares. A fração volumétrica e tamanho dos precipitados, assim como o tamanho de grão da fase matriz foram determinados por metalografia quantitativa. A estrutura cristalina das fases presentes foi estudada por difração de raios X na superfície polida (no caso da matriz)/e no resíduo extraido (no caso dos precipitados). A composição das fases foi estudada com auxílio de análise de raios X por comprimento de onda em uma microssonda eletrônica. Foram identificadas três fases: a matriz, precipitados de A16(Mn,Fe) e precipitados de a-AI-Fe-Mn-Si.Foram realizados dois tipos de tratamentos térmicos iniciais: solubilização parcial a 6300C por duas horas com resfriamento rápido em água e estabilização a 3700C por dez horas com resfriamento ao ar. OBS.: O resumo na integra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. Abstract: The aluminium alloy series number 3003 (AI-Mn-Fe Si) is an alloy dispersion hardened through incoherent and rigid precipitates. The identification of the phases present in the alloy has been carried out with the help of several complementary techniques. The volume fraction, the /precipitates size and the grain size of the matrix have been assessed through quantitative metallography. The crystaline structure of the phases has been studied with X-ray diffraction on the polished surface (phase matrix) and in the eletrochemically isolated residues (in the precipitates). The comparison of the phases has been studied with help of wave lenght X-ray analisis in aeletronic microprobe. Three phases have been identified: matrix, precipitates of A16(Mn,Fe) and a-AI-Fe-Mn-Si. Partial solubilization at 6300C for two hours followed by water quenching and stabilization at 3700C for ten hours followed by air cooling have been carried out as initial thermal treatments. Note: the complete abstract is avaiable with the full eletronic digital theses or dissertations. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Jr Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia de previsão da microestrutura dendrítica no processo de fundição de ligas de alumínio. O trabalho foi iniciado pela escolha uma liga de alumínio utilizada na fabricação de pistões automotivos como objeto de análise. Tal liga continha aproximadamente 9,0% de silício e 2,5% de cobre, em peso. O desenvolvimento do trabalho envolveu a caracterização metalográfica e térmica da liga, com o objetivo de identificar qualitativamente e quantitativamente as fases e estruturas formadoras de sua microestrutura metalúrgica, e também seus pontos de transformação. Tal caracterização teve como objetivo, basicamente, estabelecer o início e o fim da solidificação. Em seguida, foi elaborado o estudo do crescimento dendríticos da liga, por meio de solidificação direcional, tendo como meta determinar correlações entre microestrutura dendrítica e parâmetros térmicos. Finalmente, foram executados experimentalmente e simulados numericamente, os processos de fundição em areia e em aço. Os resultados obtidos da solidificação direcional foram empregados na simulação do processo, o que resultou na possibilidade de previsão da microestrutura dendrítica das peças fundidas. A comparação de dados fornecidos pela simulação da microestrutura, com dados obtidos experimentalmente, mostraram boa concordância, o que mostra que a previsão microestrutural é possível e pode ser empregada na otimização da microestrutura metalúrgica de peças fundidas industrialmente Abstract: This work deals with the development of a method to predict the dendritic microstructure in aluminum alloy foundry process. Firstly, an aluminum alloy used in automotive pari production was chosen to be studied in this work. Such an alloy had an average amount of 9.0% wt. of Si and 2.5% wt. Of Cu. The work was started by making the alloy metallography and thermal analysis, where the aim was to identify its phases and structures, as well its phase transformation temperatures. The final objective of such a characterization was to detect the beginning and the end ot he alloy solidification. The next step was related to the study of the alloy dendritic growth by using directional solidification technique and its purpose was to find a relationship between the solidification thermal parameters and the dendritic microstructure. Finally, two types of foundry process, in sand and in steel molds, were performed experimentally and numerically. The results obtained from directional solidification were used to simulate numerically the foundry process. The comparison between the microstructure prediction and the experimental results showed good agreement. Such a result allows one confirm that this process simulation may be used in optimization of the foundry product microstructures Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho investiga-se a influência da microestrutura inicial e do material do molde na tixoconformação da liga A356. São produzidas e testadas em operações de tixoforjamento pastas obtidas por três distintos processos: fusão parcial controlada de estrutlJ'aS dendríticas grosseiras, fusão parcial controlada de estruturas ultra-refinadas e pastas obtidas por agitação mecânica do líquido durante solidificação. É produzido ainda um compósito A356 + Ab03 obtido por compofundição. Os tixoforjados foram submetidos à análise metalográfica para caracterização microestrutural, medindo-se a fração da fase primária e o tamanho médio de glóbulo ou roseta da fase sólida. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da utilização de moldes não metálicos e operações de tixoconformação com produtos de bom acabamento superficial e dimensional. As forças de tixoforjamento são dependentes da condição inicial da matéria-prima, de forma que forças maiores são requeridas com o aumento do parâmetro microestrutural básico (espaçamento interdendrítico, tamanho de glóbulo e tamanho de roseta) da matéria-prima Abstract: This research aims the influence of initial microstructure and die material on thixofonning of A356 alloy. Obtained slurries are produced and tested in thixoforging operation by three distinct processes: controlled partial melting of coarse dendritic structures, controlled partial melting of ultra-refined structures and obtained slurries by liquid mechanical stirring during solidification. It is still produced a composite A356 + AbO:i obtained by compocasting. Thixoforged samples were submitted to metalographic analysis for microstructural characterisation, measuring the primary phase fraction and globule average size or 50lid phase rosette. Obtained results showed the viability of non-metallic dies in thixoforming operations with good superficial and dimensional finishing produds. Thixoforging forces are dependent on initial condition of raw material, 50 that higher forces are required with the increasing of basic microstructural parameter Onterdentritic spacing, globule size and rosette size) of raw material Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ana Maria Martinez Nazar Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Discute-se os efeitos de tratamentos termomecânicos (TTM) na microestrutura, nas propriedades mecânicas e nos mecanismos de deformação e fratura em uma liga de alumínio de alta resistência - 7050-T76. Obtêm-se previamente materiais com microestruturas recristalizada, parcialmente recristalizada e não recristalizada, através de TTM. Os mecanismos de recristalização e recuperação envolvidos são estudados em MET, incluindo a técnica de recristalização in situ. Avalia-se as propriedades mecânicas através de testes em tração monotônica e tenacidade à fratura (COD). O estudo dos mecanismos operantes no modo de deformação e fratura é efetuado utilizando-se Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV), Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) e análise de textura por Raio X. Desenvolve-se também um método para obtenção de amostras em folhas finas, para o estudo de tração in situ em MET. O estudo da recristalização in situ no material previamente superenvelhecido e laminado a 250ºC, mostra que a nucleação da recristalização origina-se em torno de partículas grosseiras (> 0,5 mm), formando pequenas células com alta densidade de discordâncias e, prossegue através de um processo de poligonização. O crescimento posterior do núcleo de recristalização ocorre somente após a solubilização dos precipitados de equilíbrio, os quais atuam no sentido de impedir a movimentação da interface entre a região recristalizada e deformada. A origem do processo de recuperação no material previamente solubilizado e laminado a 400ºC, deve-se ao efeito produzido pelas partículas finas que precipitam durante a laminação; as mesmas atuam no sentido de dificultar a movimentação de contornos de baixo ângulo e de discordâncias redundantes, impedindo a ocorrência de recristalização. A melhor combinação de propriedades de tração e tenacidade à fratura é obtida no material com microestrutura não recristalizada. As três microestruturas apresentam deslizamento planar, mas a não recristalizada é a única em que não ocorre concentração de deformação em contornos de grãos, apresentando fratura predominantemente transgranular. Isto é atribuído à maior facilidade de transferência de plasticidade entre grãos adjacentes, devido ao menor grau de desorientação entre as bandas de deslizamento dos mesmos. Constata-se, através de observações in situ em MET, que a propagação intergranular da trinca, em microestrutura recristalizada, ocorre em zonas livres de precipitados vizinhas aos contornos de grãos e, que a nucleação de vazios é devido à decoesão interfacial em precipitados de equilíbrio termodinâmico, auxiliada pela concentração de deformação em contornos de grãos. Já na microestrutura não recristalizada, a trinca transgranular propaga-se de modo dútil através da ruptura dos lingotamentos, entre a ponta arredondada da trinca e microvazios nucleados dentro da zona plástica. Abstract: The effect of Thermomechanical Treatment on the microstructure, mechanical behaviour and fracture mechanism of the high strength aluminum alloy 7050-T76 was investigated. Materials with recrystallized, partially recrystallized and unrecrystallized micro structure were previouly produced by thermomechanical treatment and their mechanism was studied using TEM, including in situ recrystallization. The mechanical behaviour was evaluated by monotonic tensile properties and fracture toughness (COD). Several technics were used to study the fracture mechanism; SEM, TEM and in situ TEM, for this, it was developed a method to prepare the samples, also texture analyses was included. The in situ recrystallization on the pre-aging material, rolling at 250ºC, has shown that the origin of the recrystallization nucleated at coarse particles (> 0,5 mm) as small cells of high dislocation density and proceeds by a poligonization process. The small particles inhibit recrystallization then, further nuclei grows only after solubilization of these particles. In the unrecrystallized structure, produced by rolling at 400ºC in previous solutioned material, the small particles precipitated during rolling are a barrier to the low angle boundary and redundant dislocation movement and avoid recrystallization. Materials processed to produce unrecrystallized grain structure show a significant mechanical behaviour improvment over the recrystallized material. All of the materials have planar slip and a clear tendency toward strain localization in the partially recrystallized and recrystallized material. The fracture mode in the unrecrystallized material is almost completely transgranular. This is due to the easy transfer of plasticity to adjacent grain that are favorabily oriented. In situ TEM observation shows that once the crack is nucleated, the intergranular propagation in the recrystallized material occurs along the precipitated free zone (PFZ), aided by coalescence of void nucleated by decohesion of the grain boundary precipitates. In the unrecrystallized material the transgranular crack propagation proceeds in a ductil mode by the rupture of the intervening ligaments from the tip of the crack (previously blunted by plastic flow) and the voids nucleated inside the plastic zone. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Itamar Ferreira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Mostra-se fundamental para qualquer projeto de engenharia a necessidade de se conhecer em grande profundidade o comportamento mecânico dos materiais. Não menos importantes são as relações existentes entre as diferentes propriedades mecânicas, que serão detenninantes quanto à viabilidade e ao desempenho de um componente mecânico. Tendo em vista que a utilização das ligas de alumínio se toma cada vez mais importante e presente no dia-a-dia da indústria, este trabalho tem por objetivo analisar alguns métodos de estimativa das propriedades mecânicas cíclicas a partir das propriedades mecânicas monotônicas e comparar os valores estimados com os resultados experimentais, obtidos em ensaios de fadiga de baixo ciclo, verificando a viabilidade de seu uso nas ligas de alumínio AA6261-T6 e AA6351-T6. Foram analisadas as propriedades mecânicas monotônicas (módulo de elasticidade, limite de escoamento, limite de resistência à tração, tensão de fratura verdadeira, alongamento total em 25mm, redução de área, defonnação de fratura verdadeira, coeficiente de resistência e coeficiente de encruamento) e cíclicas (coeficiente de resistência à fadiga, expoente de resistência à fadiga, coeficiente de ductilidade à fadiga, expoente de ductilidade à fadiga, coeficiente de resistência cíclico e coeficiente de encruamento cíclico). Os resultados obtidos nos ensaios de tração e de fadiga de baixo ciclo apresentaram uma grande dispersão quando comparados aos valores nominais da literatura, porém com desvios-padrão muito pequenos, mostrando-se confiáveis. Nenhuma das relações encontradas na literatura com o objetivo de prever a resposta do material quando solicitado ciclicamente foram confinnadas. Utilizando os seis métodos encontrados na literatura, os valores dos parâmetros de fadiga foram estimados a partir das propriedades mecânicas obtidas nos ensaios de tração, apresentando uma variação significativa e tendo no método de Baümel a melhor aproximação aoS' valores obtidos experimentalmente. Assim, a previsão da vida em fadiga destas ligas de alumínio (AA6261-T6 e AA6351-T6) depende do conhecimento de suas propriedades cíclicas obtidas em ensaios de fadiga controlados por amplitude de defonnação Abstract: It is very . important for any engineering design the need to know better the mechanical behavior of the materiaIs. Not less important are the existing relations between different mechanical properties that will be determinate regarding viability and the performance of a mechanical component. Having in mind that the aluminum alloys utilization becomes every time more important and present in the everyday of the industry, this dissertation has for goal analyze some methods for predicting the fatigue properties from the monotonics mechanical properties and to compare the estimate values with the experimental results, obtained in low cycle fatigue tests, and verifying the viability for the aluminum alloys AA6261-T6 and AA6351-T6. The monotonic properties (elasticity module, yield strength, tensile strength, true fracture stress, total elongation in 25mm, reduction of area, true fracture deformation, resistance coefficient and strain hardening coefficient) and cyclic properties (fatigue strength coefficient and exponent, fatigue ductility coefficient and exponent, cyclic strength coefficient and cyclic strain hardening coefficient) have been determined. The obtained results from tencion and low cycle fatigue tests presented a very small standard deviation but a reasonable difference when comparing to the literature values. Six methods for predicting the fatigue properties from the monotonic properties were used. In general, these methods do not agree to the experimental results and in the Bãumel method there is the small difference between experimental and predicted values. As a result ofthat, for these aluminum alloys (AA6261-T6 and AA6351T6) the six forecast methods of the fatigue properties obtained from literature are not suitable Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores : Maria Helena Robert, Jose Manuel Torralba Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: o processo de moagem de alta energia submete as partículas do pó à sucessivos processos de deformação, soldagem e fratura, utilizando-se para tal um moinho de bolas de alta energia. Este trabalho estuda o processo de fabricação de materiais compósitos de matriz de alumínio AA6061 reforçados com S~N4, A1N e ZrB2, através da moagem de alta energia, compactação e extrusão. Os resultados obtidos permitem relacionar as distintas etapas do processo de moagem de alta energia com as características dos pós produzidos: sua morfologia, densidade aparente, compactabilidade e extrudabilidade. Inicialmente, devido à esfericidade das partículas da liga metálica, a densidade aparente e a extrudabilidade são altas e a compactabilidade é baixa. Após início do processo de moagem, quando predomina a deformação, partículas esféricas se transformam em partículas laminares, diminuindo a densidade aparente e a extrudabilidade e aumentando a compactabilidade. Após um tempo mais longo de processo, quando passa a predominar a fratura, as partículas passam a apresentar morfologia equiaxial, aumentando a densidade aparente e extrudabilidade e diminuindo a compactabilidade. Observa-se que a presença de partículas de reforço acelera o processo, do ponto de vista morfológico e microestrutural, aumentando a deformação produzida na matriz metálica durante a moagem, favorecendo tanto a soldagem quanto a fratura das partículas; entre os tipos de reforços analisados, o S~N 4 é o que mais acelera o processo. O processo de moagem de alta energia confere, após extrusão, aumentos em tomo a 100 % no limite de resistência à tração e na dureza da liga metálica sem reforço e dos compósitos, devido à microestrutura extremamente refinada produzida, com uma fina e homogênea dispersão de óxido e carboneto de alumínio, à diminuição do tamanho e ao arredondamento das partículas de reforço Abstract: a high-energy ball milling. This work investigates the use of this technique to produce aluminium AA6061 matrix composite reinforced with S~N4, AlN e Zr~. The results correlate the stages of mechanical alloying with the powder characteristics: its morphology, apparent density, compatibility and extrudability. First, due to the spherical morphology of as received aluminium powder, the apparent density and the extrudability are high and the compatibility is low. After short times of milling, the powder morphology changes to a flattened one, due to the predominance of deformation, decreasing the apparent density and extrudability and an increasing of the compatibility. After longer milling times, the powder morphology chan~s to an equiaxial one, due to the predominance of fracture, increasing the apparent density and extrudability and decreasing the compatibility. The presence of brittle particles of reinforcements accelerate the process, from the morphological and microestrutural point of view, increasing the matrix deformation, enhancing the welding and the fracture of particles; for the analysed reinforcements, the silicon nitride provide the most expressive acceleration. The mechanical alloying provides of about 100 % in the ultimate tensile strength and hardness, due to the refined microstructure produced, with a homogeneous distribution of aluminium oxides and carbides, the decreasing of particle size and rounding particle shape of the reinforcements Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2016. O presente trabalho investiga o comportamento tensão-deformação cíclico e em fadiga da liga de alumínio 7050-T7451. Corpos de prova de seção circular cheia foram submetidos a deformação uniaxial controlada com razão de deformação igual a -1 e 0,01. Nos ensaios com -1, observou-se um pequeno amolecimento cíclico do material para amplitudes de deformação superiores a 0,85%. Para amplitudes de deformação inferiores a 0,85% o material não exibiu encruamento cíclico. A análise dos laços de histerese estabilizados indica que o material investigado exibe comportamento não-Masing para amplitudes de deformação inferiores a 0,6%. Nos ensaios com 0,01 observou-se um pequeno endurecimento cíclico do material para amplitudes de deformação acima de 0,5%. Para amplitudes de deformação inferiores a 0,5% o material não exibiu encruamento cíclico. Observou-se ainda que a tensão média de tração observada no primeiro ciclo de carregamento sofre um relaxamento, sendo este mais pronunciado nos primeiros ciclos de carregamento. Foram determinadas as propriedades cíclicas do material presente no interior e próximo à superfície da placa laminada utilizada para fabricação dos corpos de prova. Não foi observada uma variação significativa das propriedades cíclicas ao longo da espessura do bloco. A correlação entre as vidas observadas e as estimadas com a relação de Smith, Watson e Topper foi bastante satisfatória (todos os dados dentro de uma banda de fator 2). The cyclic stress-strain and fatigue behaviors of aluminum alloy 7050-T7451 are investigated in this work. Solid cylindrical specimens were subjected to strain-controlled uniaxial loading with strain ratio equal to -1 and 0.01. For , small cyclic softening of the material was observed for strain amplitudes greater than 0.85%. For strain amplitudes less than 0.85%, no cyclic hardening/softening was observed. The stabilized hysteresis loops of the material exhibit non-Masing behavior for strain amplitudes less than 0.6%. For 0.01, small cyclic hardening was observed in the material for strain amplitudes greater than 0.5%. For strain amplitudes less than 0.5%, no cyclic hardening/softening was observed. No significant variation of the cyclic properties along the thickness of the alloy 7050 plate was observed in the range of fatigue lives investigated (10105 cycles to failure). The mithWatsonTopper (SWT) parameter can satisfactorily correlate all the fatigue experiments on 7050-T7451 conducted in this study.

Orientador: Eugênio José Zoqui Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O presente trabalho propõe um novo método para identificação de temperaturas críticas na análise de tixoconformabilidade, para avaliação de ligas candidatas ao processamento no estado semissólido. O método proposto, denominado método da diferenciação (MD), aplica princípios de cálculo diferencial a curvas que caracterizam as transformações de fusão ou solidificação, obtidas experimentalmente ou via simulação numérica sendo comparado aos métodos e critérios convencionais. Utilizando-se o MD, pode-se identificar a janela de trabalho para ambos os processos de tixoconformação e reofundição, respeitando as particularidades termodinâmicas/cinéticas de cada composição química/ciclo térmico, além de se estabelecer uma definição formal para a instável transição entre solidificação/fusão da fase eutética (joelho da curva fl vs. T). O MD foi aplicado a quatro ligas do sistema Al-Si-Cu: A356, A355, B319 e B319 enriquecida com Fe. Para obtenção das curvas de transformação semissólida, foi realizada simulação computacional via CALPHAD (condição de Scheil) e análise térmica via DSC em cinco taxas de aquecimento/resfriamento distintas (5, 10, 15, 20 e 25°C/min até 700°C). A confirmação da viabilidade do uso prático do MD foi feita com a liga B319+Fe enriquecida com Fe, por meio de análise microestrutural e reológica após tratamentos térmicos a temperaturas fora e dentro do intervalo de trabalho previsto pelo MD: 575, 582, 591 e 595°C por 0, 30, 60 e 90s. Os resultados obtidos indicam que o MD é uma ferramenta eficaz na identificação dos pontos críticos como solidus, liquidus, joelho eutético e temperatura(s) de transformação(ões) terciária(s). A janela de trabalho proposta pelo MD permitiu a obtenção de uma estimativa termodinâmica segura para realização de ambos os processos de reofundição e tixoconformação Abstract: A novel method is proposed for identifying critical temperatures in thixoformability analysis. The proposed method, referred to here as the differentiation method (DM), applies the principles of differential calculus to semisolid transformation curves, obtained experimentally or via numerical simulation. The DM is compared with conventional approaches traditionally used in the identification of these temperatures. The DM allows the identification of suitable lower and upper limits for the SSM processing window, respecting the thermodynamic/kinetic particularities of each chemical composition/thermal cycle. Using the DM, a formal definition for the eutectic knee is proposed. Numerical simulation is performed (under the Scheil condition) for A356, A355, B319 and Fe-enriched B319 alloys, and the same alloys are used to generate experimental DSC data for cooling and heating cycles under different kinetic conditions (5, 10, 15, 20 and 25°C/min to 700°C) in order to obtain the semisolid transformation curves. For the Fe-enriched B319 alloy, the viability of the practical use of the DM is evaluated by performing microstructural and rheological analysis after heat-treatment at conditions out and in the DM suggested working window: 575, 582, 591 and 595°C for 0, 30, 60 and 90s. The findings indicate that the DM is an efficient tool for identifying critical points such as the solidus, liquidus, knee and tertiary phases temperatures. The proposed DM working window proved to be a safe thermodynamic approach for both rheocasting and thixoforming processes Doutorado Engenharia Mecânica FAPESP 2013/09961-3 ; 2015/22143-3

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Ligas à base de alumínio têm sido cada vez mais aplicadas em componentes mecânicos em substituição a materiais metálicos mais tradicionais como os aços, objetivando principalmente a redução de peso e maior resistência à corrosão. No que diz respeito às crescentes aplicações dessas ligas nas indústrias automobilística e aeronáutica, o fator peso é significativo já que está diretamente relacionado ao consumo de energia, e nesse particular, as ligas de Al ganham destaque quando analisados diferentes materiais metálicos quanto à relação resistência mecânica/peso. Em componentes cujos processos de manufatura preservam a estrutura de solidificação, ou quando são submetidos a tratamentos de refusão superficial/re-solidificação, os parâmetros da microestrutura serão condicionantes das propriedades finais. Uma análise da literatura permite verificar que apesar da variedade de investigações existentes focadas em ligas binárias de Al, alguns sistemas como Al-Ag não foram ainda devidamente estudados, apesar de seu potencial de aplicação decorrente das boas características de fundição e trabalhabilidade. Neste trabalho, 4 ligas hipoeutéticas Al-Ag e uma liga ternária Al-Ag-Cu foram solidificadas unidirecionalmente em regime transitório de fluxo de calor, que é a condição mais próxima da maioria dos processos industriais de solidificação, para o mapeamento da evolução da microestrutura. Parâmetros térmicos tais como a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL), gradiente térmico (GL) e taxa de resfriamento (TR) foram determinados experimentalmente a partir das curvas de resfriamento. Foi utilizado um software de termodinâmica computacional para a determinação de caminhos de solidificação e propriedades termofísicas, as quais foram subsequentemente utilizadas juntamente com dados térmicos experimentais em modelo numérico de solidificação para a determinação de coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde. A microestrutura de solidificação, para todas as ligas analisadas, foi caracterizada por matriz rica em Al de morfologia dendrítica. Os espaçamentos dendríticos primários (?1) e os espaçamentos dendríticos secundários (?2) foram medidos e são propostas leis experimentais de crescimento em função de VL e TR. Previsões teóricas de modelos de crescimento dendrítico para regime transitório (Bouchard-Kirkaldy e Hunt-Lu) foram confrontadas com os resultados experimentais. A avaliação de dureza e propriedades de tração obtidas para as ligas Al-Ag, em diferentes posições ao longo dos comprimentos dos lingotes (ou seja, para valores de ?1 e ?2 crescentes da base refrigerada ao topo dos lingotes unidirecionais) mostrou que a escala desses parâmetros não influi nos valores experimentais dessas propriedades, que, entretanto, aumentam com o aumento do teor de Ag da liga. Já a adição de 4,5%Cu à liga Al-4,5%Ag mostrou que o espaçamento dendrítico passa a exercer influência significativa nessas propriedades mecânicas, com valores máximos de alongamento específico e limite de resistência à tração da liga ternária (associados aos valores experimentais mínimos de ?1), aumentando, respectivamente, 2,5X e 36% quando comparados àqueles correspondentes aos máximos valores experimentais de ?1. Leis experimentais são propostas relacionando propriedades de tração em função de espaçamentos dendríticos para a liga ternária Abstract: Aluminum-based alloys are being increasingly applied in the manufacture of mechanical components replacing traditional metallic materials such as steel, with a view to reducing weight and to increasing corrosion resistance. As far as the application of these alloys in the automotive and aeronautics industries are concerned, the weight is considered a significant factor, since it is directly connected to energy consumption, and in this particular situation Al-based alloys surpass other alternative metallic materials with respect to the mechanical strength/weight ratio. Considering manufacturing processes that preserve the original solidification structure of components, or when they are subjected to surface remelting/re-solidification treatments, the microstructural parameters will play a determinant role in the final properties. By analyzing the literature, it is possible to verify that despite the existence of a variety of studies focusing on binary Al alloys, some systems, such as Al-Ag, have not been properly investigated despite the application potential of such alloys associated with their castability and workability. In this study, four hypoeutectic alloys and a ternary Al-Ag-Cu alloy were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions, which is the class of heat flow encompassing the majority of industrial solidification processes, and the microstructure evolution was analyzed. Thermal parameters such as the growth rate (VL), thermal gradient (GL) and the cooling rate (TR) were experimentally determined by the experimental cooling curves. A computational thermodynamics software was used for the characterization of the solidification paths and thermophysical properties, which have been subsequently used with the experimental temperature data in a numerical solidification model for the determination of transient metal/mold heat transfer coefficients. The solidification microstructure of all the alloys examined is shown to be characterized by an Al-matrix of dendritic morphology along the entire lengths of the castings. The primary dendritic arm spacing (?1) and the secondary arm spacing (?2) were measured and experimental growth laws relating ?1 and ?2 to VL e TR are proposed. The experimental dendritic spacings are compared with theoretical predictions furnished by unsteady-state growth models (Bouchard-Kirkaldy and Hunt-Lu). Hardness and tensile properties determined along the length of the directionally solidified Al-Ag alloys castings (that is, with increasing dendritic spacings from the cooled bottom to the top of the castings) have shown that the scale of such microstructural parameters do not affect the experimental values of such properties. However, both hardness and tensile properties increase with the increase in the alloy Ag content. In contrast, with the addition of 4.5%Cu to the Al-4.5%Ag alloy, the dendritic spacing is shown to affect significantly such mechanical properties, with maximum values of elongation to fracture and ultimate tensile strength (associated with minimum ?1 values) increasing 2.5X and 36%, respectively, when compared with the corresponding values associated with maximum ?1 values. Experimental growth laws are proposed relating tensile properties to the dendritic spacings for the ternary alloy Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica CNPEM

Orientador: Mauricio Prates de Campos Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O presente trabalho visou o desenvolvimento de processos de refino de grão em estruturas de Alumínio Comercial e sua liga com 4,75% de Cobre, sem a adição de inoculantes ou agentes refinadores, isto é, através da utilização de substratos de nucleação potentes (regimes de alta extração de calor) e da indução de fluxos no Metal líquido que propiciem o desprendimento de cristais das paredes do molde ou canal. Foram estudadas as influências dos movimentos relativos entre o metal líquido na sua etapa de nucleação e o substrato (parede do molde ou canal de alimentação) na formação de zonas equiaxiais de granulação refinada. Analisou-se os fluxos de fluidos que ocorrem em moldes cilíndricos estacionários, rotatórios, oscilatórios e em canais refrigerados. As macroestruturas dos linqotes obtidos, através da agitação mecânica do sistema metal/molde, evidenciaram a ação dos fluxos de convecção e de Ekman como agentes libertadores de cristais junto as paredes do molde e promotores da distribuição dos mesmos ao longo do metal líquido. Os lingotes solidificados em moldes estáticos, alimentados por canais refrigerados a água, comprovaram a ação das altas condições de extração de calor, no sentido de propiciar preenchimentos de moldes com metais apresentando baixos superaquecimentos e parcialmente solidificados, consequentemente facilitando a obtenção de estruturas equiaxiais refinadas. No caso de moldes estáticos estabeleceu-se urna equação que dimensiona o comprimento crítico do canal de alimentação, para ocorrer refino de grão em função das condições de vazamento. As técnicas de refino desenvolvidas, com oscilação torcional harmônica do sistema metal/molde e alimentação de moldes estáticos por canais refrigerados a água, apresentaram potências de refino comparáveis as obtidas através do processo convencional de refino de grão do Alumínio, por inoculação com Titânio-Boro Abstract: The present work encompassed the development of grain refining processes as applied to commercial purity Aluminium and the Al-4,75 % Cu alloys, without addition of inoculants refining agents. The techniques used employed substrates high heat extracting potential) for copious nucleation of solid and the induction of flow in liquid metal wich encouraged detachment of solid crystals from the surface of the mould wall or feeding channel. The influence of relative motion between liquid metal and cooled substrate (mould wall or feeding channel) was studied in terms of formation of a refined, equiaxed structure.The fluid flows which occured in static, rotated . and. oscillated moulds were analysed and flow in refrigerated channels was also examined. The macrostructures of ingots obtained using mechanical agitation of the mould exhibited evidence of the effect of convectional and Ekrnan flows as mechamisms for crystal detachment from the mould wall and subsequent redistribution in the bulk of the liquid. The ingots solidified in static fed through cooled channels exhibited the effect of rapid heat extraction in producing grain refinement by ensuring the metal entered the mould cavity with low superheat and containing solid particles.For the case of a static mould, an equation was developed for efficient refinement to the pouring conditions. It was shown that of the techniques developed, torsional mould oscillation and the use of a refrigerated feeding channel exhibited refinement efficiency comparable with conventional bath inoculation (with a Titanium-Boron preparation) Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, José Eduardo Spinelli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: As características mecânicas (resistência a esforços estáticos e dinâmicos; resistência ao desgaste) e características químicas (resistência à corrosão) dos produtos metálicos solidificados dependem do arranjo microestrutural, mais especificamente do tamanho de grão e espaçamentos celulares ou dendríticos, das heterogeneidades de composição química, do tamanho, forma e distribuição das inclusões, de porosidade, etc. Adicionalmente aos obstáculos intergranulares ao escorregamento, existirão os obstáculos presentes entre os braços celulares e dendríticos. Em estruturas brutas de solidificação, estabelecer correlações entre estrutura e as propriedades decorrentes é uma tarefa complexa e que se inicia pela análise dos diferentes aspectos estruturais e que depende de um monitoramento experimental cuidadoso, e que permita um mapeamento confiável dos parâmetros térmicos de solidificação. O presente trabalho objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos da solidificação de ligas Al-Mg e Al-Mg-Si na definição da microestrutura, macrossegregação e estabelecer correlações com as resistências mecânica e à corrosão, contribuindo consequentemente com subsídios para um planejamento adequado de condições operacionais de solidificação vinculado a determinadas características de aplicação desejadas. Para tanto, foram conduzidos experimentos de solidificação unidirecional tanto em regime transiente (vertical ascendente e descendente) quanto permanente (crescimento Bridgman). Para as ligas binárias Al-3Mg e Al-6,5Mg e ternárias Al-3Mg-1Si e Al-6,5Mg-1Si não se constatou a ocorrência de macrossegregação de soluto, nem mesmo para solidificação direcional vertical descendente. Com exceção da liga Al-3Mg-1Si, todas as ligas examinadas apresentaram a matriz rica em Al unicamente de morfologia dendrítica ao longo de toda a faixa de taxas de resfriamento ( dT/dt ) experimentais. Já a liga Al-3Mg-1Si apresentou morfologia celular para 0,005 < dT/dt > 2K/s, e dendrítica para 0,03 > dT/dt < 0,8 K/s. Esses resultados caracterizaram a ocorrência de uma transição celular/dendrítica reversa (células de alta taxa de resfriamento), raramente relatada na literatura para ligas metálicas. Foram estabelecidas, para todas as ligas, leis experimentais de crescimento relacionando espaçamentos celulares ou dendríticos (primários, secundários e terciários) com parâmetros térmicos de solidificação (velocidade e taxa de resfriamento). Propriedades mecânicas (dureza e tração) e resistência à corrosão foram avaliadas para as ligas Al-3Mg e Al-3Mg-1Si. A microdureza Vickers da liga ternária foi superior em função do arranjo microestrutural mais complexo contendo mais fases intermetálicas Mg2Si e Al-Fe-Si(-Mg). A microestrutura celular da liga Al-3Mg-Si conferiu a melhor combinação entre limite de resistência à tração e alongamento específico, embora a liga Al-3Mg tenha apresentado maiores valores de alongamento específico. Leis experimentais do tipo Hall-Petch são propostas relacionando essas propriedades de tração, e a microdureza Vickers com a escala da microestrutura, mais especificamente com espaçamentos celulares e dendríticos primários. Ensaios de corrosão em uma solução 0,06M de NaCl mostraram que as morfologias celular e dendrítica mais refinadas apresentam maiores resistência à corrosão do que estruturas grosseiras. O arranjo microestrutural da morfologia celular, associado à melhor distribuição dos intermetálicos ricos em Fe em eutéticos binários e ternários nas regiões intercelulares, conferiram a essa morfologia da matriz rica em Al, a melhor resistência frente à corrosão para diferentes concentração salinas de NaCl. Um estudo preliminar sobre a influência da microestrutura da liga Al-3Mg-1Si nas resistências ao desgaste e à tribocorrosão é apresentado Abstract: The mechanical characteristics (strength under static and dynamic loading; wear resistance) and chemical characteristics (corrosion resistance) of as solidified metallic components depend on the microstructural arrangement, i.e. grain size and cellular, dendritic, interphase spacings; non-homogeneity of chemical composition; size, morphology and distribution of inclusions; porosity, etc. Additionally to the barriers to slip formed by the grain boundaries there are also obstacles located in intercellular and interdendritic regions. The development of correlations between the as-solidified microstructure and the corresponding properties can be a complex task, which depends on careful experimental development with a view to determining accurate solidification thermal parameters. The present study aims to develop a theoretical/ experimental analysis dealing with the effects of transient thermal parameters in the solidification of Al-Mg and Al-Mg-Si alloys on the microstructure development and on macrosegregation profiles. Correlations between microstructural parameters and mechanical and corrosion resistances will be established with a view to permitting solidification operational conditions to be pre-programmed in order to allow the casting to attain a determined level of final properties. Therefore, directional solidification experiments both in transient (vertical upward and downward) and steady-state regimes (Bridgman growth) were carried out. For binary Al-3Mg and Al-6,5Mg and ternary Al-3Mg-1Si and Al-6,5Mg-1Si alloys, no evidence of macrosegregation has been found, not even for cases of downward directional solidification. With the exception of the Al-3Mg-1Si alloy, all the alloys experimentally examined depicted a dendritic Al-rich matrix along the whole range of experimental cooling rates ( dT/dt ).In contrast, the Al-3Mg-1Si alloy showed cellular morphology for 0,005 < dT/dt > 2K/s, and dendritic for 0,03 > dT/dt < 0,8 K/s. These results characterized the occurrence of a reversal cellular/dendritic transition (high cooling rates cells), which is rarely reported in the literature for metallic alloys. Experimental growth laws relating cellular and dendritic spacings (primary, secondary and tertiary) to solidification thermal parameters (growth and cooling rates) have been proposed for any alloy examined. Mechanical properties (hardness and tensile properties) and corrosion resistance have been examined for the Al-3Mg and Al-3Mg-1Si alloys. The Vickers microhardness of the ternary alloy is shown to the highest due to a more complex microstructure and a higher content of Mg2Si and Al-Fe-Si(-Mg) intermetallics. The best combination ultimate tensile strength/elongation to fracture is shown to be associated with the cellular microstructure of the Al-3Mg-Si alloy, despite the higher values of elongation of the Al-3Mg alloy. Hall-Petch type experimental laws are proposed relating these tensile properties and Vickers microhardness to the length scale of the microstructure, more specifically to the cellular and primary dendritic arm spacings. Corrosion tests in a 0.06M NaCl solution were performed and showed that more refined cellular and dendritic microstructures are associated with higher corrosion resistances when compared with the corresponding values of coarse microestructures. The cellular microstructural pattern associated with a more extensive distribution of Fe-rich intermettalics of binary and ternary eutectic mixtures along the intercellular regions, are shown to be responsible for the better corrosion resistance of tests conducted with electrolytes of different NaCl concentrations. A preliminar study on the effect of microstructural features of an Al-3Mg-1Si alloy on the wear and tribocorrosion resistances is conducted Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica FAPESP 2012/08494-0

Orientador: Amauri Garcia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: As ligas monotéticas à base de alumínio podem apresentar características tribológicas interessantes, com o soluto atuando como um lubrificante sólido, enquanto que a matriz garante a resistência estrutural. A adição de um terceiro elemento pode aumentar a capacidade da liga metálica em resistir à cargas mais intensas e, dependendo da natureza deste terceiro elemento, conferir ganhos nas propriedades tribológicas do material. As características microestruturais dessas ligas, tais como morfologia, distribuição, dimensão das fases constituintes e, consequentemente, o comportamento em desgaste estão intimamente ligadas aos parâmetros operacionais empregados no seu desenvolvimento. No presente trabalho, as ligas Al-2%Bi-1%Sn, Al-3,2%Bi-1%Sn, Al-7%Bi-1%Sn e Al-7%Bi-3,5%Sn foram solidificadas unidirecionalmente sob um largo intervalo de taxas de resfriamento, permitindo um amplo espectro de variação na escala microestrutural para análise. A microestrutura de todas as ligas investigadas caracteriza-se por ser constituída por partículas (glóbulos) de uma mistura eutética autolubrificante de Bi e Sn aprisionadas (envolvidas) pela matriz de Al. Foram propostas correlações experimentais entre os espaçamentos interfásicos, distribuição e diâmetro das partículas com taxa de resfriamento, velocidade de solidificação, microdureza e resistência ao desgaste, com o objetivo de subsidiar informações que permitam a pré-programação das condições impostas na fabricação do material para atender a uma determinada propriedade final. Ensaios de microdureza e desgaste microabrasivo foram realizados a partir de amostras contendo diferentes espaçamentos interfásicos e distintos diâmetros dos glóbulos de Bi/Sn, sendo propostas equações correlacionando os resultados de microdureza e volume desgastado, V, com o espaçamento interfásico. Apesar do pequeno aumento de microdureza para menores valores de espaçamento interfásico para regiões próximas à base refrigerada para as ligas contendo 2% e 3,2%Bi, solidificadas unidirecionalmente, foi possível notar que a concentração de Bi não apresentou efeito significativo sobre a dureza das ligas. Além disso, distribuições mais homogêneas dos glóbulos de Bi/Sn conduziram a menores valores de V. Os menores valores de taxa de desgaste e volumes desgastado foram observados para a liga de composição monotética (Al-3,2%Bi-1%Sn). A presença de altas frações em área de óxido de Fe torna descontínuo o filme lubrificante de Bi/Sn, conduzindo a menores resistências ao desgaste, observadas para as ligas hipermonotéticas (Al-7%Bi-1%Sn e Al-7%Bi-3,5%Sn). Quando comparado com os resultados de evolução microestrutural existentes na literatura para a liga monotética binária Al-3,2%Bi, a adição de Sn reduziu o espaçamento interfásico, quando a liga ternária e a binária são submetidas a uma mesma condição de solidificação. A adição de 1%Sn aumenta a resistência ao desgaste da liga binária Al-3,2%Bi, permitindo uma aplicação mais ampla para a fabricação de componentes que serão submetidos à condições de desgaste Abstract: Al-based monotectic alloys can have interesting tribological characteristics with the solute acting as a solid lubricant, while the matrix provides required structural integrity. The addition of third elements can increase the alloy load capacity, and depending on the nature of the third element can also improve the tribological characteristics. The microstructural features of these alloys, such as morphology, distribution, length scale of the phases and consequetly wear behavior depend strongly on the parameters of their manufacture route. In the present study Al-2wt.%Bi-1wt.%Sn, Al-3.2wt.%Bi-1wt.%Sn, Al-7wt.%Bi-1wt.%Sn and Al-7wt.%Bi-3.5wt.%Sn alloys were directionally solidified (DS) under a large range of experimental cooling rates, permitting a wide spectrum of microstructural scales to be examined. The microstructure of all alloys studied is typified by droplets of a self-lubricating eutectic mixture of Bi and Sn embedded in the Al-matrix. Experimental correlations between the microstructure interphase spacing, area fractions of droplets of the eutectic mixture, solidification cooling rate, growth rate, microhardness and wear resistance were proposed, with a view to permitting solidification operational conditions to be pre-programmed in order to allow the casting to attain a determined level of final properties. Microhardness and micro-adhesive wear tests were carried out from samples having different interphase spacings and diameters of the minority phase and experimental equations relating microhardness and wear volume, V, to the interphase spacing were proposed. Despite a slight increase in hardness with smaller interphase spacings for regions closer to the cooled surface of the DS alloys castings having 2 and 3.2wt.%Bi, it is shown that the Bi content of the alloy has not a significant effect on hardness. Furthermore, a more homogeneous distribution of Bi/Sn droplets in the microstructure is shown to be conducive to lower V. The lowest wear rates and wear volumes are shown to be related to the monotectic composition (Al-3.2 wt.%Bi-1wt.%Sn alloy). The presence of higher fraction of Fe-oxide areas interrupting the Bi/Sn lubricant layer, is shown to induce inferior wear resistance for the hypermonotectic alloys (Al-7.0 wt.%Bi-1wt.%Sn and Al-7.0 wt.%Bi-3.5wt.%Sn). As compared with results of microstructure evolution of an Al-3.2wt.%Bi binary alloy existing in the literature, the addition of Sn induces the reduction in the interphase spacing, when binary and the corresponding ternary alloy are subjected to the same solidification conditions. Besides that, 1wt.%Sn addition on Al-3.2wt.%Bi improved higher wear resistance whe compared with binary alloy, inducing best applications in the manufacture of wear resistant components Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 160524/2013-0

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Neste trabalho foram avaliados o comportamento à fadiga, a fratura e a superfície factrográfica dos corpos de prova fabricados a partir de fios da liga de alumínio 6201 (Al-Mg- Si), que são utilizados para a fabricação do cabo condutor CAL 900 MCM, com diferentes tratamentos térmicos - T4, T6 e T81 - que variaram diferentes temperaturas de solubilização (470 °C, 490 °C, 510 °C, 530 °C e 550 °C), tipos de envelhecimento (artificial e natural) e diferentes tempos de envelhecimento (4 h, 8 h, 12 h, 16 h, 20 h e 24 h para o envelhecimento artificial e 1500 h e 3000 h para o envelhecimento natural). Neste sentido foi desenvolvido um vasto programa experimental para a obtenção dos diagramas S-N (previsão de vida) dos corpos de prova comparando a vida em fadiga, os tipos de fratura e características das superfícies das quebras para os diferentes tratamentos térmicos. Os resultados mostraram que as temperaturas de solubilização de 510 °C, 530 °C e 550 °C apresentaram os melhores resultados de microdureza, e que aumentavam com o acréscimo do tempo de envelhecimento, levando ao aumento da resistência mecânica e da vida em fadiga dos corpos de prova. Com base nos resultados obtidos para os envelhecimentos natural e artificial, verificou-se que quanto maior o tempo de envelhecimento as propriedades mecânicas de dureza e limite de resistência à tração aumentavam, mostrando que os precipitados endurecedores da liga atuam de maneira eficiente para o travamento, ou dificultam, do movimento das discordâncias, inferindo que as partículas endurecedoras da liga têm papel fundamental no aumento da resistência a fadiga e das propriedades mecânicas estáticas do material. Por outro lado, as análises das fraturas não apresentaram grandes diferenças entre os corpos de prova analisados, onde todos apresentaram dimples (característica de uma fratura dúctil) equiaxiais, no sentido da maior tensão, região de propagação macroscópica da trinca e as trincas tendo seu início próximas a superfície. Apesar dos valores de dureza para os corpos de prova tratados com S550A20 e S550A24 (T6) serem semelhantes a dureza obtida nos corpos de prova dos fios como recebido – (tratamento T81), a vida em fadiga entre eles se mostrou bem diferente, inferindo que a etapa de conformação mecânica (trefilação) sofrida por estes fios desempenha papel fundamental no aumento da vida à fadiga dos corpos de prova. In this research work, the fatigue behavior, fracture and factography surface of specimens manufactured from aluminum alloy 6201 wires (Al-Mg-Si), which are used for the production of the conductor cable AAAC 900 MCM, were evaluated with different heat treatments - T4, T6 e T81 - ranging from different solubilization temperatures (470 °C, 490 °C, 510 °C, 530 °C and 550 °C), aging types (artificial and natural) and different aging times (4h, 8h, 12h, 16h 20h and 24h for the artificial aging and 1500h and 3000h for natural aging). In this sense, a vast experimental program was developed in order to obtain S-N diagrams (life prediction) of specimens comparing fatigue life, types of fracture and characteristics of the crack surfaces for different heat treatments. The results showed that the solubilization temperatures of 510 °C, 530 °C and 550 °C showed the best microhardness results, and that they increased with increasing aging time, leading to increased mechanical resistance and fatigue life of specimens. Based on the results obtained for natural and artificial aging, it was found that the longer the aging time, the mechanical properties of microhardness and tensile strength limit increased, showing that the alloy's hardening precipitates act efficiently to lock, or hinder the movement of dislocations, inferring that the alloy's hardening particles had a fundamental role in increasing the fatigue resistance and static mechanical properties of the material. On the other hand, the fracture analyses did not show any great differences between the specimens, where all of them presented equiaxial dimples (characteristics of a ductile fracture), in the direction of the greatest tension, macroscopic crack propagation region and the cracks having their beginning underneath the surface. Despite the microhardness values for the specimens treated with S550A20 and S550A24 (T6) being practically similar to the hardness obtained in the specimens of the wires as received - T81 treatment -, the fatigue life between them proved to be quite different, leading to the belief that the mechanical forming (drawing) undergone by these wires plays a fundamental role in increasing the specimens’ fatigue life.

Orientador: Amauri Garcia Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da liga Abstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increased Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Friction stir welding is a multipurpose solid-state joining process mainly used for aluminium and steel plates and frames. Friction stir welded non-ferrous metallic alloys, similar or dissimilar, in particular aluminium alloys, provide opportunities for the improvement and developement of new product designs. This paper investigates the correlation between the mechanical behaviour and morphological structures of friction stir welded Al-Mg-Si(Cu) alloy plates in two temper conditions. Micro Vickers hardness and tensile tests were carried out. Additionally, morphology was investigated using optical microscopy and scanning electron microscopy. Samples subjected to the post weld heat treatment were shown to have the best properties owing to the formation of a significant number of hardening particles which, added to the nugget grain refinement, resulted in the increase of the material strength.

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho explora a possibilidade de fabricação de compósitos com teor gradativo de reforço, de matriz metálica de ligas de Al, empregando técnicas simples de fundição e tixoconformação e partículas de reforço cerâmicas de densidades distintas ¿ sempre observando o conceito de engenharia de baixo custo. Foram propostos três processos. Primeiro, foi empregada técnica de fundição no processamento de compósitos de liga AA 7075 reforçados com grânulos de WC ¿ fabricados com diferentes teores de reforço, temperaturas e tempos de processo. Segundo, compósitos AA 7075 / WC foram fabricados por meio de técnica de tixoconformação. Finalmente, uma técnica de tixoconformação foi utilizada para processar compósitos AA 2011 / Al2O3 / NaAlSi3O8, onde empregaram-se junto às partículas dois aditivos, pós de Al e de TiH2. A microestrutura dos produtos obtidos foi caracterizada. A influência dos parâmetros de processo sobre a qualidade do produto, em especial na distribuição do reforço na matriz e no que diz respeito a interações matriz/reforço, foi avaliada. A técnica de fundição empregada no processamento de compósitos AA 7075 / WC foi bem sucedida ¿ exceto pela mais extrema das condições investigadas. Foi observada a ocorrência de interação metalúrgica entre o Al no estado líquido e os grânulos de WC, evidenciada pela presença de camada de reação em torno dos grânulos de reforço. Essa camada é composta majoritariamente de Al e W e possui dureza intermediária quando comparada a matriz e aos grânulos de WC. No caso dos compósitos processados a temperatura mais alta, também foi observada a ocorrência de outros produtos de reação. A fabricação de compósitos AA 7075 / WC por tixoconformação também foi bem sucedida. Neste caso, foi observada a ocorrência de camada de reação distinta entre grânulos de WC e a matriz de Al. A técnica de tixoconformação empregada no processamento de compósitos reforçados com micro partículas de Al2O3 / NaAlSi3O8 foi bem sucedida, mediante a utilização de fração líquida de 80 %. Os aditivos empregados com as micro partículas influenciaram na sua distribuição no produto final - a adição de pó de Al favoreceu uma distribuição mais homogênea das partículas de reforço ao longo do volume do compósito, já a adição de TiH2 favoreceu a obtenção de uma estrutura com gradiente de distribuição de reforço Abstract: This work explores the possibility of fabricating graded metal matrix composites from Al alloys by employing simple casting and thixoforming techniques and ceramic particles of distinct densities ¿ all observing the concept of low-cost engineering. Three processes were proposed. First, a casting technique was employed to process AA 7075 alloy composites reinforced with WC macro particles ¿ the composites were fabricated with different reinforcement contents, process temperatures and times. Secondly, AA 7075 / WC composites were fabricated by using a thixoforrming technique. Finally, a thixoforrming technique was used to process AA 2011 / Al2O3 / NaAlSi3O8 composites, where two additives were employed with the particles, Al and TiH2 powders. The microstructures of the products obtained were characterized. The influence of the process parameters over the product quality, especially over the reinforcement distribution in the matrix, and in which concerns interactions between reinforcements and matrix, was evaluated. The casting technique employed in the processing of AA 7075 / WC was well succeeded ¿ except by the most extreme of the investigated conditions. The occurrence of a metallurgical interaction between the Al in liquid state and the WC granules was observed, evinced by the presence of a reaction layer around the reinforcement granules. That layer was mostly composed of Al and W and it has intermediary hardness when compared to the matrix and the WC macro particles. In the case of the composites processed at higher temperatures, the occurrence of other reaction products was observed. The fabrication of AA 7075 / WC by thixoforrming was also well succeeded. In that case, the occurrence of a distinct reaction layer between WC granules and Al matrix was observed. The thixoforrming technique employed in the processing of composites reinforced with Al2O3 / NaAlSi3O8 micro particles was well succeeded when a liquid fraction of 80 % was used. The additives employed with the micro particles influenced in their distribution in the final product ¿ the addition of Al powder favoured a more homogeneous distribution of the reinforcement particles throughout the volume of the composite, whereas the addition of TiH2 favoured the attainment of a structure with a gradient in its reinforcement distribution Mestrado Engenharia de Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 33003017

Orientadores: Amauri Garcia, Jose Eduardo Spinelli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Ligas de alumínio dispersas com bismuto apresentam aplicações promissoras em componentes automotivos resistentes ao desgaste. Essas dispersões de elementos de baixa temperatura de fusão diminuem a dureza e escoam facilmente em condições de deslizamento, resultando em um comportamento tribológico favorável. Muitos estudos têm sido realizados a fim de melhor compreender as distintas morfologias obtidas pela reação monotética. Algumas pesquisas assumem que a evolução do espaçamento interfásico na liga monotética Al-Bi obedece à clássica relação utilizada para eutéticos: ?2v = C, onde v é a velocidade de solidificação e C é uma constante. Não há nenhum consenso a respeito dos valores de C encontrados. Além disso, tais estudos utilizaram fornos de aquecimento à resistência do tipo Bridgman para produzir a solidificação direcional de ligas monotéticas. Existe uma falta de estudos consistentes no desenvolvimento microestrutural de ligas monotéticas durante condições de fluxo de calor transitório, que são de importância primordial, uma vez que esse tipo de fluxo de calor engloba a maioria dos processos industriais de solidificação. No presente estudo, foram feitos experimentos de solidificação unidirecional em regime não-estacionário com as ligas hipomonotética Al-2,0%Bi e monotética Al-3,2%Bi. Os parâmetros térmicos como velocidades de crescimento, taxas de resfriamento e gradientes térmicos foram determinados experimentalmente por curvas de resfriamento adquiridas ao longo do comprimento do lingote. Os crescimentos celular e monotético foram caracterizados por técnicas metalográficas, e os espaçamentos celulares e interfásicos correlacionados com os parâmetros térmicos de solidificação. Verificou-se que a lei de crescimento ?2v = C pode ser expressa por um valor de C de 1,70 x10-12, que é em torno de duas ordens de magnitude maior do que aqueles reportados para o regime estacionário. Embora o fluxo convectivo induzido não tenha sido suficiente para mudanças consideráveis na magnitude dos espaçamentos interfásicos, as partículas ricas em bismuto foram afetadas pela direção do crescimento, diminuindo o diâmetro em condições de solidificação vertical descendente, quando comparadas com aquelas obtidas no modo vertical ascendente Abstract: Aluminium alloys dispersed with bismuth show promising applications in wear-resistant automotive components. Such dispersions of low melting temperature elements decrease hardness and flow easily under sliding conditions, resulting in favorable tribological behavior. Much research has been devoted in order to better comprehend the distinct morphologies obtained by monotectic reaction. Some researches assume that the phase spacing evolution in the monotectic Al-Bi alloy follows the classical relationship used for eutectics: ?2v = C, where v is the solidification velocity and C a constant value. There is no consensus concerning the found C values. Other than, such studies have used Bridgman-type resistance heated furnaces to produce the directionally solidified monotectic samples. There is a lack of consistent studies on the microstructural development of monotectic Al-Bi alloy during transient heat flow conditions, which are of prime importance since this class of heat flow encompasses the majority of solidification industrial processes. In the present study, directional unsteady-state solidification experiments were carried out with hypomonotectic Al-2.0wt%Bi and monotectic Al-3.2wt%Bi alloys. The thermal parameters such as growth rates, cooling rates and thermal gradients were experimentally determined by cooling curves recorded along the casting length. The cellular and monotectic growths were characterized by metallography, being both the cell and the interphase spacing correlated with the thermal parameters. It is shown that the ?2v = C growth law can be expressed by a C value of 1,7x10-12, which is about two orders of magnitude higher than those reported for the steady-state regime. Although the induced convective flow was not enough to considerably change the interphase spacing's magnitude, the Bi-rich particle diameters have been affected by the direction of growth, decreasing in conditions of downward vertical solidification when compared with those grown vertically upwards Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Noé Cheung Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O desenvolvimento de ligas multicomponentes de alumínio permitiu a substituição do aço por esses materiais em componentes automotivos, resultando em veículos com menor massa, sem comprometer a estabilidade veicular, e em ganhos energéticos e ambientais. Sabe-se que as propriedades mecânicas estão intrinsicamente relacionadas com a microestrutura do material, por isso, é de grande valia conhecer a relação entre os parâmetros térmicos envolvidos durante a solidificação e a microestrutura. Na fabricação de pistões automotivos são utilizadas, usualmente, ligas Al-Si próximas da composição eutética, com a adição de até 2% de Ni para melhorar as propriedades mecânicas sob alta temperatura. Entretanto, para atender os esforços mecânicos exigidos pelos motores atuais, pode-se aumentar a quantidade de Ni. Em vista disso, esse trabalho tem como objetivo estudar a liga eutética Al-11%Si-5%Ni comparando-a com as ligas binárias Al-11%Si e Al-5%Ni em relação à microestrutura e propriedades mecânicas. As ligas foram solidificadas unidirecionalmente em regime transiente de transferência de calor, de modo a abranger uma ampla faixa de taxas de resfriamento (?) e velocidade de solidificação (v). Pela análise de fluorescência por raios-X, não foram constatados perfis de macrosegregação ao longo dos lingotes. A microestrutura das ligas era composta predominantemente de dendritas de ?-Al, possibilitando a correlação de ? e v com os espaçamentos dendríticos primário (?1), secundário (?2) e terciário (?3). A caracterização da liga Al-11%Si-5%Ni foi realizada com o auxílio das técnicas de difração de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, identificando na região eutética as fases ?-Al, Si e Al3Ni. A microdureza das ligas binárias ficou em torno de 50,3 HV, enquanto que a liga ternária apresentou dureza superior, seguindo as equações tipo Hall-Petch HV=50+349?_1^(-1/2) e HV=36+103?_2^(-1/2), por conta do efeito combinado entre um eutético mais refinado e a formação de placas de Al3Ni, em vez de fibras. Os limites de escoamento e de resistência à tração da liga Al-11%Si-5%Ni têm a tendência de aumentar com um menor espaçamento dendrítico, e apresentaram valores maiores do que das ligas Al-11%Si e Al-5%Ni. Entretanto, o alongamento específico não é influenciado pelo espaçamento dendrítico e é inferior quando comparado com as ligas binárias Abstract: The development of multicomponent aluminum alloys allowed the replacement of steel by these materials in automotive components, resulting in vehicles with less weight, without compromising vehicle stability, and in energy and environmental gains. It is known that mechanical properties are strongly associated with the microstructure of the material, so it is important to know the relation between thermal parameters and microstructure. In the manufacturing of automotive pistons, near-eutectic Al-Si alloys are usually used with the addition up to 2wt.% of Ni to improve mechanical properties at high temperature. However, in order to comply with mechanical loads required by current engines, Ni content can be increased. Therefore, this work aims to study the Al-11wt.%Si-5wt.%Ni eutectic alloy and Al-11wt.%Si and Al-5wt.%Ni binary alloys in order to compare microstructure and the mechanical properties. The alloys were unidirectionally solidified under unsteady-state heat transfer conditions, in such a way to cover a wide range of cooling rates (?) and growth rates (v). The X-ray fluorescence analysis revealed that no evidence of macrosegregation profiles has been detected along the ingots. The microstructure of alloys was predominantly composed of ?-Al dendrites, allowing the correlation of ? and v with primary (?1), secondary (?2) and tertiary (?3) dendrite arm spacings. The characterization of Al-11wt.%Si-5wt.%Ni alloy was performed by X-ray diffraction and scanning electron microscope techniques, permitting to identify ?-Al, Si and Al3Ni phases in the eutectic region. The microhardness of the binary alloys were constant around 50.3 HV, whereas the ternary alloy showed a superior hardness, following Hall-Petch equations HV=50+349?_1^(-1/2) and HV=36+103?_2^(-1/2), due to the combined effect between a more refined eutectic phase and the formation of irregular plates of Al3Ni instead of fibers. Yield and ultimate tensile strengths of Al-11wt.%Si-5wt.%Ni tends to increase with a smaller dendrite arm spacing, and also presented higher values than those of the Al-11wt.%Si and Al-5wt.%Ni alloys. On the other hand, elongation is not affected by dendrite arm spacing and this property is inferior when compared to binary alloys Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ 132753/2015-4 FAEPEX 2909/16

Orientador: Eugênio José Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esta dissertação tem como finalidade avaliar a tixoconformabilidade das ligas Al- 4wt%Si-5wt%Zn, Al-5wt%Si-5wt%Zn, Al-6wt%Si-5wt%Zn. Para tanto, essas ligas foram submetidas a um tratamento térmico de globularização pelos tempos de 0s, 30s, 90s e 210s, na fração sólida de 45%, para assim, ocorrer o tixoforjamento em prensa excêntrica e em prensa pneumática. Posteriormente, foi feita a caracterização micro e macroestrutural das peças tixoconformadas. Em seguida, foram analisadas as propriedades mecânicas da peça tixoforjada através do ensaio de tração, e da análise da porosidade do material. Como resultado principal destaca-se que as três ligas apresentaram boas propriedades mecânicas após a tixoconformação e que as peças tixoconformadas na prensa pneumática apresentou melhores propriedades mecânicas do que a prensa excêntrica Abstract: This dissertation aims to evaluate the thixoconformability of Al-4% Si-5% Zn, Al- 5% Si-5% Zn, Al-6% Si-5% Zn alloys. For this, these alloys were subjected to a heat treatment of globularization by the following periods of times 0s, 30s, 90s and 210s in the solid fraction of 45%, so that it can occurs the thixoforging in the eccentric press and the pneumatic press. Later on, it was made the characterization of micro and macrostructural thixoforged pieces. Next, we analyzed the mechanical properties of thixoforged pieces through tensile testing, and analysis of the porosity of the material. As a main result, it stands out that the three alloys showed good mechanical properties after thixoforming and thixoforged pieces in pneumatic press showed better mechanical properties than the eccentric press Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugênio José Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo desse estudo é avaliar a tixoconformabilidade da liga A318 sob três pontos de vista: o termodinâmico, o metalúrgico, e o reológico. Esse trabalho é motivado pela falta de estudos sobre a tixoconformabilidade desse material em ambientes industriais. Foram realizadas análises DSC e simulações utilizando o software Thermo-calc® para verificar a viabilidade do ponto de vista termodinâmico. Foram feitas comparações entre o material fundido com e sem agitação eletromagnética para decidir qual seria usado como material de estudo para o tratamento térmico de globularização, e em seguida análises para determinar tamanhos de glóbulo de fase primária, tamanhos de grão e fatores de forma, o que resultou no material fundido com agitação sendo escolhido. O material então passou pelo tratamento térmico de globularização, a fim de observar a evolução morfológica do material. Foram utilizadas micrografias para determinar os tamanhos de glóbulo primário e fator de forma, e micrografias coloridas para determinar os tamanhos de grão, para cada condição de ensaio proposta. O tratamento térmico globularizou com sucesso a microestrutura do material, obtendo fatores de forma de até 0,64, e tamanhos de glóbulo e grão de apenas 76 e 115 µm respectivamente. O material tratado termicamente passou então por ensaios de compressão a quente, para que fosse observado seu comportamento reológico. O maior valor de tensão obtido durante os ensaios foi de apenas 1,95 MPa, e a viscosidade aparente se manteve na ordem de grandeza de 105 Pa.s, o que de acordo com a literatura é semelhante à do vidro fundido, e apresentam ótima conformabilidade. De maneira geral, observou-se pouca variação na morfologia e na reologia do material para as condições de estudo propostas, mostrando que o material é viável para ser utilizado no estado semissólido em ambientes industriais Abstract: The objective of this study is to evaluate the thixoformability of the A318 alloy under three points of view: the thermodynamic one, the metallurgic one, and the rheologic one. This work is motivated by the lack of that support the thixoformability of this material in industrial environment. DSC analyses, and simulations using the Thermo-calc® software were run in order to verify the viability from the thermodynamical point of view. Comparisons were made between the materials as-cast and electromagnetically stirred in order to decide which would be the feedstock material for the globularization heat treatment, analyzes to determine globule size, grain size and shape factor resulted in the stirred material being chosen. Material then went into globularization heat treatment in order to observe the evolution of the material¿s microstructure. The heat treated material then went through hot pressing tests in order to observe its rheologic behavior. Micrographs were used to determine average primary globule size and shape factor, and macrographs to determine grains size. The heat treatment successfully globularized the microstructure, giving shape factors as high as 0.64, and primary globule and grains sizes only as high as 76µm and 115µm respectively. The material then went through hot pressing tests in order to observe its rheologic behavior. The highest stress shown during the tests was only as high 1,95 MPa, and the apparent viscosity was in the order of magnitude of 105 Pa.s, which according to specialized literature is similar to that of the molten glass, which shows great conformability. In general, there was close to no variation in morphologic and rheologic behavior for the intended test conditions, showing the material¿s processing in the semisolid state in industrial environments to be viable Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica CNPQ

Orientador: Maria Helena Robert Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de produção de esponjas metalicas por tixoconformacao em pré-formas removiveis e caracterizacao mecanico-metalurgica do produto, visando a compreensão da influencia de parametros de processo nas suas caracteristicas estruturais e propriedades. A liga empregada, AA2011, foi infiltrada sobre pre-formas de particulas de NaCl de granulometrias distintas, sinterizadas ou soltas. As esponjas metalicas produzidas foram caracterizadas quanto a sua arquitetura, propriedades fisicas (densidade real e relativa, condutividade e difusividade termicas) e mecanicas (tensão de compressão, modulo de Young, tensão no plato, deformação e energia de impacto absorvida); foi analisada a influencia do tipo de pre-forma utilizada para produção das esponjas, nestas caracteristicas e propriedades. Os resultados mostraram boa reprodutibilidade do processo, principalmente quando da utilização de pre-formas de partículas medias e grosseiras nao sinterizadas. A densidade da esponja e a espessura da parede celular apresentam tendencia a aumentar com o aumento das dimensões das celulas produzidas em preformas de particulas mais grosseiras. Todas as amostras produzidas apresentaram condutividade termica da ordem de 10x inferior e difusividade termica da ordem de 4x superior as do metal maciço. O comportamento das esponjas em compressão estatica ou dinamica se mostrou tipico de materiais celulares, com reduzidos valores de modulo de Young e de tensão de compressão, grande plato de deformação plástica sem acréscimo de tensão, e elevados valores de deformação total e energia absorvida no impacto Abstract: The aim of this work was the analysis of the thixoforming process to produce metallic sponges and the mechanical and metallurgical characterization of the product, searching for better understanding the influence of processing parameters in the material structural characteristics and properties. The aluminium alloy AA2011 was infiltrated in the semi-solid state into performs of NaCl particles with different sizes and in sintered and non sintered conditions. Cellular products were characterized concerning internal architecture, physical properties (actual and relative densities, thermal conductivity and diffusivity) and mechanical properties (Young's modulus, compressive strength, plateau stress and absorbed impact energy); it was analyzed the influence of processing parameters on the properties and characteristics of the produced sponges. Results showed good reproducibility of the process, mainly when medium and coarse non sintered space holder particles were employed. Density of the product as well as cell wall thickness increases as space holder particles sizes increase. All the sponges produced showed low thermal conductivity (~10x inferior compared to the bulk material) and high thermal diffusivity (~3x superior compared to the bulk alloy). Results of static and dynamic compression tests showed typical cellular material behaviour in all cases, presenting low values for Young's modulus and compressive strength, a well defined plateau of plastic deformation, high plastic deformation and high capacity of energy absorption in impact events Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Eugênio José Zoqui Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo para este trabalho foi avaliar a tixoconformabilidade de ligas Al¿Si¿Cu produzidas via refino de grão, abrangendo desde a obtenção das ligas tixofundidas até sua completa caracterização em termos de metalografia colorida e convencional no comportamento viscoso. Ligas Al¿2,0wt%Si¿2,5wt%Cu, Al¿3,0wt%Si¿2,5wt%Cu, Al¿4,0wt%Si¿2,5wt%Cu e Al¿7,0wt%Si¿2,5wt%Cu foram produzidas via ultra-refino de grãos utilizando o refinador Al¿5,0wt%Ti¿1,0wt%B. Os materiais foram submetidos a tratamentos térmicos de reaquecimento pelos tempos de 0s e 210s, para duas condições de frações sólidas, 45% e 60%. As ligas contendo 2,0wt%Si, 3,0wt%Si, 4,0wt%Si e 7,0wt%Si mostraram-se bastante próximas em termos de viscosidade aparente, no entanto, a liga com 4,0wt%Si apresentou melhor desempenho em termos de globularização. Já a liga contendo 7,0wt%Si mostrou-se dendrítica para todas as condições estudadas, o que dificulta sua aplicação nos processos de tixoconformação Abstract: The target for this work was the analyses to evaluate the thixoformability of Al¿Si¿Cu alloys produted by grain refining, including the thixocasting of all alloys and their complete characterization in terms of color metallography and conventional on rheological behavior Al¿2.0wt%Si¿2.5wt%Cu , Al¿3.0wt%Si¿2.5wt%Cu , Al¿4.0wt%Si¿2.5wt%Cu and Al¿7.0wt%Si¿2.5wt%Cu alloys were produced by ultra-refining by addiction of Al¿5.0wt%Ti¿1.0wt%B master alloy. The materials were submitted to pre-heating treatment for 0s and 210s in two conditions, 45% and 60% of solid fraction. 2.0wt%Si, 3.0wt%Si, 4.0wt%Si and 7.0wt%Si alloys showed very similar results for apparent viscosity; however the 4.0wt%Si alloy showed better performance in terms of globularization Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica