Influência da adição de Nb-B na microestrutura de solidificação da liga Al-0,8%Mg-0,7%Si (6201)
| Ano de defesa: | 2022 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | The AA6201 alloy, widely used in the manufacturing of power cables, was modified by the addition of a Al-Nb-B master alloy in order to investigate the possible effects on the microstructure. Therefore, the Al-0.8%Mg-0.7%Si (AA6201) and Al-0.8%Mg-0.7%Si-0.5%Nb-0.1%B alloys were directionally solidified. in a transient heat extraction regime and solidified rapidly by means of centrifugal solidification, to ensure a broad spectrum of cooling rates and microstructures, which can be correlated with each other. Analyses were performed on determining both dendritic spacings (λ) and grain size (GS). While the directionally solidified Al-0.8%Mg-0.7%Si (6201) alloy presented exclusively columnar grains, the addition of Nb-B favored the occurrence of a columnar to equiaxial transition CET in the modified casting and, in addition, a reduction in grain size, either for columnar or equiaxial grain morphologies, promoting a reduction of up to 13 times the average value of grain size. Within the range of directional solidification cooling rates (0.5 to 33 °C/s), it was observed that for the ingot with the addition of 0.5%Nb-0.1%B there was high cooling rate-cells arrangement for cooling rates greater than 5.5 °C/s and minimal variation in secondary dendritic spacing. However, the fast solidification conditions revealed that increasing the cooling rate (~240 °C/s) reduced both TG and λ2. It was proposed that the TG/λ2 ratio could characterize the micromorphology of the α-Al cells that grew in the modified 6201 alloy, occurring when the ratio was less than 6. Finally, tensile properties were determined for several samples and related to different λ2 and GS values through the proposition of Hall-Petch types equations, where it was observed that the ultimate tensile strength of the alloy containing Nb-B (~190 MPa) was higher than that observed for the alloy without Nb-B. |
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Therefore, the Al-0.8%Mg-0.7%Si (AA6201) and Al-0.8%Mg-0.7%Si-0.5%Nb-0.1%B alloys were directionally solidified. in a transient heat extraction regime and solidified rapidly by means of centrifugal solidification, to ensure a broad spectrum of cooling rates and microstructures, which can be correlated with each other. Analyses were performed on determining both dendritic spacings (λ) and grain size (GS). While the directionally solidified Al-0.8%Mg-0.7%Si (6201) alloy presented exclusively columnar grains, the addition of Nb-B favored the occurrence of a columnar to equiaxial transition CET in the modified casting and, in addition, a reduction in grain size, either for columnar or equiaxial grain morphologies, promoting a reduction of up to 13 times the average value of grain size. Within the range of directional solidification cooling rates (0.5 to 33 °C/s), it was observed that for the ingot with the addition of 0.5%Nb-0.1%B there was high cooling rate-cells arrangement for cooling rates greater than 5.5 °C/s and minimal variation in secondary dendritic spacing. However, the fast solidification conditions revealed that increasing the cooling rate (~240 °C/s) reduced both TG and λ2. It was proposed that the TG/λ2 ratio could characterize the micromorphology of the α-Al cells that grew in the modified 6201 alloy, occurring when the ratio was less than 6. Finally, tensile properties were determined for several samples and related to different λ2 and GS values through the proposition of Hall-Petch types equations, where it was observed that the ultimate tensile strength of the alloy containing Nb-B (~190 MPa) was higher than that observed for the alloy without Nb-B.A liga 6201, amplamente utilizada na fabricação de cabos condutores de energia, foi modificada pela adição de liga-mãe Al-Nb-B com a intenção de investigar os possíveis efeitos acarretados na microestrutura. Para tanto, as ligas Al-0,8%Mg-0,7%Si (6201) e Al-0,8%Mg-0,7%Si-0,5%Nb-0,1%B foram solidificadas direcionalmente em regime transiente de extração de calor e solidificadas rapidamente por meio de solidificação centrífuga, para garantir um amplo espectro de taxas de resfriamento e microestruturas, que pudessem ser correlacionados entre si. Uma análise sobre o dimensionamento dos espaçamentos dendríticos (λ) e tamanho de grão (TG) foi realizada. Enquanto a liga Al-0,8%Mg-0,7%Si(6201) solidificada direcionalmente apresentou grãos exclusivamente colunares, a adição de Nb-B favoreceu uma transição colunar equiaxial TCE no lingote modificado e além disso uma redução no tamanho de grão, seja para a morfologia colunar ou equiaxial, promovendo uma redução de até 13 vezes o valor médio do tamanho do grão. Dentro do intervalo de taxas de resfriamento da solidificação direcional (0,5 a 33 °C/s), foi observado que para o lingote com adição de 0,5%Nb-0,1%B houve um arranjo celular de alta taxa de resfriamento nas taxas maiores do que 5,5 °C/s e uma variação mínima no espaçamento dendrítico secundário. No entanto, o experimento de solidificação rápida revelou que aumentar a taxa de resfriamento (~ 240 °C/s) reduz tanto o TG quanto o λ2. Propõe-se que a razão TG/λ2 possa caracterizar a micromorfologia das células que surgem na liga 6201 modificada, ocorrendo quando a razão é menor que 6. Por fim, propriedades mecânicas foram determinadas para várias amostras e relacionadas a diferentes valores de espaçamentos dendríticos secundários e tamanhos de grão por meio da proposição de equações tipo Hall-Petch, onde observou-se que o limite de resistência à tração da liga contendo Nb-B (~190 MPa) foi superior àquele observado para a liga sem Nb-B.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo n° 132349/2020-5, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Código de Financiamento 001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES)Processo n° 2019/23673-7, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccess6201Refino de grãoSolidificaçãoMicroestruturaInoculação Nb-BAA6201Grain refiningSolidificationMicrostructureNb-B inoculationENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAInfluência da adição de Nb-B na microestrutura de solidificação da liga Al-0,8%Mg-0,7%Si (6201)Influence of the addition of Nb-B on the solidification microstructure of Al-0.8%Mg-0.7%Si alloy (6201)info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006008fc158b0-a390-45b3-a0bc-c39839f98f75reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdfSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdfDissertação versão finalapplication/pdf6622849https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/848a9ae6-eaa2-47d2-aee1-9e1cf87925b2/downloadeea52269138448d4548377181cc63058MD51trueAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO Carta comprovante autoarquivamentoapplication/pdf257853https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a89fe32e-425d-426c-9ed9-1b462e3e93bb/downloadfdd56733ce03e76be234fbd0b5e2afe3MD52falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7416f0b6-14f1-420a-807b-a49e58744c79/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREADTEXTSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdf.txtSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdf.txtExtracted texttext/plain159531https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e3f5cb06-162a-4e0f-9d4f-108d33c750aa/downloadffe84f8b28fa0f0f71d3b00d109077f2MD54falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1471https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/24250434-041b-485a-9980-3d8237c78d48/downloade3bbd5d5001c1c63968c3c95d8d43117MD56falseTHUMBNAILSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdf.jpgSarah Maria de Albuquerque Sousa - Dissertação-1.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6218https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/305bc2cc-b738-42d2-b7b6-e7552d0926fa/download3ea74198f3792d0e1cec0116acaba1d4MD55falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10370https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3c28540d-601f-45c0-ba06-615ef914e35d/downloadbefa815163059def3f52cf823041f709MD57false20.500.14289/160822025-02-05 21:19:19.59http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/16082https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:19:19Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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