Levantamento de correlações de solidificação da liga A356 para aplicação em simulação computacional e projetos de rodas automotivas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Santos, Pedro Gabriel Benedito de Oliveira
Orientador(a): Spinelli, José Eduardo lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/19902
Resumo: Wheels are safety items with high structural demand. AlSi alloys stand out due to their good ratio between density and strength. The use of A356 alloy processed by Low-Pressure Die Casting (LPDC) and T6 heat treatment arises from the need for adequate mechanical properties and ease of cyclic processing on a large scale. The high competitiveness of the sector demands a shorter time-tomarket and better performance. Casting numerical simulations assist in predicting thermal and microstructural parameters resulting from the solidification process of the alloy in metallic molds. Understanding thermal parameters is essential for predicting either the phase morphologies or the dendritic length-scale of the casting, as these characteristics have a direct impact on the alloy’s strength. This Master’s work aims to define theoretical equations for application in commercial casting software, to predict the tensile properties of cast and heat-treated wheels. For this purpose, directional solidification (DS) experiments were conducted with A356 alloy to determine equations relating solidification time and cooling rate along the cast part. The part generated by DS was subsequently divided into sections – treated and untreated. Each half was examined in tensile tests, and the secondary dendrite arm spacing (SDAS or λ2) was determined using an optical microscope. This allowed the development of experimental equations relating SDAS to solidification time and tensile properties to SDAS. Finally, simulation with the equations was validated using real tensile test data of wheels before and after T6 treatment. This test involved two methods of correlating tensile properties with SDAS: Hall-Petch (HP) type and Ludvig model (LM). The HP model more accurately represented the tensile strength data from various regions of the wheels, with an average error of approximately 5.6% for tensile strength.
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The use of A356 alloy processed by Low-Pressure Die Casting (LPDC) and T6 heat treatment arises from the need for adequate mechanical properties and ease of cyclic processing on a large scale. The high competitiveness of the sector demands a shorter time-tomarket and better performance. Casting numerical simulations assist in predicting thermal and microstructural parameters resulting from the solidification process of the alloy in metallic molds. Understanding thermal parameters is essential for predicting either the phase morphologies or the dendritic length-scale of the casting, as these characteristics have a direct impact on the alloy’s strength. This Master’s work aims to define theoretical equations for application in commercial casting software, to predict the tensile properties of cast and heat-treated wheels. For this purpose, directional solidification (DS) experiments were conducted with A356 alloy to determine equations relating solidification time and cooling rate along the cast part. The part generated by DS was subsequently divided into sections – treated and untreated. Each half was examined in tensile tests, and the secondary dendrite arm spacing (SDAS or λ2) was determined using an optical microscope. This allowed the development of experimental equations relating SDAS to solidification time and tensile properties to SDAS. Finally, simulation with the equations was validated using real tensile test data of wheels before and after T6 treatment. This test involved two methods of correlating tensile properties with SDAS: Hall-Petch (HP) type and Ludvig model (LM). The HP model more accurately represented the tensile strength data from various regions of the wheels, with an average error of approximately 5.6% for tensile strength.Rodas são itens de segurança com alta demanda estrutural. Ligas AlSi se destacam devido à boa relação entre densidade e resistência. A utilização da liga A356 processada por Fundição sob Baixa-Pressão (LPDC) e tratamento térmico T6 decorre da necessidade de propriedades mecânicas adequadas e facilidade no processamento cíclico em larga escala. A alta competitividade do setor exige um menor time-to-market e melhor desempenho. Simulações numéricas de fundição auxiliam na previsão de parâmetros térmicos e microestruturais resultantes do processo de solidificação da liga em moldes metálicos. Compreender os parâmetros térmicos é essencial para prever as morfologias e a escala dendrítica, pois essas características têm um impacto direto na resistência da liga. Este Mestrado tem como objetivo definir equações teóricas para aplicação em software comercial de fundição, para previsão das propriedades de tração de rodas fundidas e tratadas termicamente. Para isso, foram realizados experimentos de solidificação direcional (SD) com a liga A356 para determinar equações relacionando o tempo de solidificação e a taxa de resfriamento ao longo da peça fundida. A peça gerada pela SD foi posteriormente dividida em seções – tratada e não tratada termicamente. Cada metade foi examinada em ensaios de tração e determinado o espaçamento dendrítico secundário (SDAS ou λ2) em microscópio ótico. Permitindo o desenvolvimento de equações experimentais relacionando SDAS com o tempo de solidificação e com propriedades de tração. Por fim, a simulação com as equações foi validada usando dados reais de teste de tração de rodas antes e depois do tratamento T6. Este teste envolveu dois métodos de correlacionar as propriedades de tração com SDAS: tipo Hall-Petch (HP) e modelo de Ludvig (LM). O modelo HP representou com maior precisão os dados de resistência de várias regiões das rodas, com um erro médio de aproximadamente 5,6% para resistência à tração, contra os 22,9% apresentado pelo LM.Não recebi financiamentoporUniversidade 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/openAccessTratamento térmico T6A356SDASPropriedades mecânicasSolidificaçãoRoda de liga leveT6 heat treatmentMechanical propertiesSolidificationAlloy wheelsENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICALevantamento de correlações de solidificação da liga A356 para aplicação em simulação computacional e projetos de rodas automotivasStudy of solidification in A356 alloy for application in computational simulation and automotive wheel designinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdf.txtPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103466https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3e9e4596-3887-4007-9871-174bd69dd19d/download70275c18fc5c082f89c5fff22a169074MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdf.jpgPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4340https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5f41be4c-fba6-4ec9-98e5-5a5866d626d3/download7c3ceaa965e90b48bd541781aa2fb287MD54falseAnonymousREADORIGINALPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdfPedro Gabriel Benedito de Oliveira Santos - Dissertação.pdfDissertaçãoapplication/pdf22931700https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4a78391c-8c81-48e8-987c-ce5d8158f7e9/downloada8a63c4219f94f5fafccdf6f9ea8db08MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9a213b74-6e70-4e91-ae8d-cb8f9cf5b40b/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/199022025-02-06 02:16:48.482http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19902https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:16:48Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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