Efeito do inoculante Al-Nb-B na microestrutura e propriedades mecânicas da liga AA2017 fabricada por fusão em leito de pó a laser
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| 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
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Link de acesso: | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/17556 |
Resumo: | The blending of finer powders of Ti, Zr, Ta, Sc, and Nb compounds as inoculants has been a promising strategy to modify precipitation-hardened aluminum alloys for laser-based powder bed fusion process (L-PBF), promoting a crack-free equiaxed microstructure in the final L-PBF component. Despite this, manipulating nanoparticles may bring risks to the operator's health, and such particles tend to agglomerate, making it difficult to obtain a perfect mixture. Therefore, this doctoral thesis aimed to investigate the effect of mixing micrometric particles of the inoculant Al-5.0Nb-0.5B in the AA2017 alloy on the microstructural evolution, as well as in the mechanical behavior. Two additions were studied: AA2017+ 1% Al-5.0Nb-B and AA2017+2%Al-5.0Nb-0.5B (%wt). Through the physical characterizations and the evaluation of the rheological properties, it was observed that the mixed powder particles did not show high sphericity; they were also slightly more agglomerated, thus presenting more significant flow difficulties in most of the rheological tests. Initially, the processing window for the AA2017 alloy was determined and, based on these results, AA2017+2%Al-5.0Nb-0.5B alloy was produced by L-PBF. It has been found that the AA2017 sample had columnar aluminum grains with cracks crossing the melt pools, while AA 2017+2% Al-5.0Nb-0.5B consisted of equiaxed grains. EBSD results for both samples indicated a low fibre texture; however, the AA2017 sample with inoculant showed a texture whose intensity was slightly lower. Finally, the compression properties were measured, and it was noted that the yield strength of the AA2017+2%Al-Nb-B alloy (~215 MPa) was higher than the AA2017 (~171 MPa). |
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Despite this, manipulating nanoparticles may bring risks to the operator's health, and such particles tend to agglomerate, making it difficult to obtain a perfect mixture. Therefore, this doctoral thesis aimed to investigate the effect of mixing micrometric particles of the inoculant Al-5.0Nb-0.5B in the AA2017 alloy on the microstructural evolution, as well as in the mechanical behavior. Two additions were studied: AA2017+ 1% Al-5.0Nb-B and AA2017+2%Al-5.0Nb-0.5B (%wt). Through the physical characterizations and the evaluation of the rheological properties, it was observed that the mixed powder particles did not show high sphericity; they were also slightly more agglomerated, thus presenting more significant flow difficulties in most of the rheological tests. Initially, the processing window for the AA2017 alloy was determined and, based on these results, AA2017+2%Al-5.0Nb-0.5B alloy was produced by L-PBF. It has been found that the AA2017 sample had columnar aluminum grains with cracks crossing the melt pools, while AA 2017+2% Al-5.0Nb-0.5B consisted of equiaxed grains. EBSD results for both samples indicated a low fibre texture; however, the AA2017 sample with inoculant showed a texture whose intensity was slightly lower. Finally, the compression properties were measured, and it was noted that the yield strength of the AA2017+2%Al-Nb-B alloy (~215 MPa) was higher than the AA2017 (~171 MPa).A mistura de nanopartículas a base de Ti, Zr, Ta, Sc e Nb, usadas como inoculantes, tem se mostrado uma abordagem promissora para modificar as ligas de alumínio endurecidas por precipitação (2XXX e 7XXX) para o processo de fusão em leito de pó a laser (FLP-L), promovendo assim peças com grãos equiaxiais e isentas de trincas de solidificação. Apesar disso, a manipulação de nanopartículas pode trazer riscos à saúde do operador e elas tendem a se aglomerar, dificultando a obtenção de uma mistura homogênea. Frente a isso, esta tese de doutorado teve como objetivo investigar o efeito da mistura de partículas micrométricas do inoculante Al-5,0NB-0,5B na liga AA2017 a fim de observar os efeitos na evolução microestrutural, bem como no comportamento mecânico. Foram estudadas duas adições: AA2017+ 1% Al-5,0Nb-B; e AA 2017+2%Al-5,0Nb-0,5B (%p). Por meio das caracterizações físicas e da avaliação das propriedades reológicas, observou-se que as partículas do pó misturado não apresentaram alta esfericidade, além disso estavam ligeiramente mais aglomeradas, apresentando assim maior dificuldade de escoamento na maioria dos testes reológicos. Determinou-se, inicialmente, a janela de processamento da liga AA2017 e, partindo desses resultados, foram produzidas as amostras AA2017 com inoculante. Constatou-se que a amostra AA2017 apresentou grãos colunares de alumínio com trincas atravessando as poças de fusão, ao passo que a liga AA2017+2% Al-5,0Nb-0,5B consistia de grãos equiaxiais. Resultados de EBSD para ambas amostras indicaram baixa textura do tipo fibra, contudo a amostra AA 2017 com inoculante apresentou uma textura cuja intensidade foi ligeiramente mais baixa. Por fim, foram medidas as propriedades em compressão, onde observou-se que a tensão de escoamento da liga AA2017+2%Al-Nb-B (~215 MPa) foi superior à da AA2017 (~170 MPa).Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo nº 167845/2018-7,Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)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/openAccessFusão em leito de pó a laser (FLP-L)Ligas de alumínioInoculação Al-Nb-BMicroestruturaPropriedades mecânicasLaser-based powder bed fusionAluminum alloysInoculation Al-Nb-BMicrostructureMechanical propertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOEfeito do inoculante Al-Nb-B na microestrutura e propriedades mecânicas da liga AA2017 fabricada por fusão em leito de pó a laserEffect of the inoculant Al-Nb-B on the microstructure and mechanical properties of the AA2017 fabricated by laser-based powder bed fusioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006008cb1c1b0-0807-4073-8a7d-eba0dc29feafreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/cac52ed0-88e2-4560-8f86-4c0ae5c21175/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREADORIGINALPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdfPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdfTese_Pamela Bomfimapplication/pdf17340137https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9908e799-3a73-4ce2-87bc-b9a81c6ff314/download0a2415b8c8cc211bac83e64de34dfb23MD51trueAnonymousREADTEXTPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdf.txtPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdf.txtExtracted texttext/plain242391https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/da677644-96e6-4dab-ac98-32576ba1e7ac/download5acbb38ac0e88eaae935e212c23394e6MD55falseAnonymousREADTHUMBNAILPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdf.jpgPamela Karina dos Santos Bomfim - Tese .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4044https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a7ea734f-cde9-4dcb-a5b4-c0d6e7ed99aa/download65d0180d0f0a52cfd9b17838d68d2596MD56falseAnonymousREAD20.500.14289/175562025-02-05 23:08:12.109http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/17556https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T02:08:12Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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