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Tenacidade à fratura de liga de alumínio formadora de fase quasicristalina fabricada por manufatura aditiva

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Rocha, Erlifas Moreira
Orientador(a): Gargarella, Piter 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/20.500.14289/20956
Resumo: Recent studies have demonstrated the feasibility of obtaining a metastable quasicrystalline phase in Al-Fe-Cr-Ti alloys through Laser Powder Bed Fusion (L - PBF). These alloys are promising for use in matrices and structural components due to their high specific strength and wear resistance, especially at high temperatures. Although the fracture toughness of these alloys has not been previously studied due to the difficulty of manufacturing bulky parts by traditional methods, they are expected to exhibit high toughness due to their microstructure, which combines a nanometric, high-strength quasicrystalline phase with a spherical morphology in a dendritic aluminum matrix refined by the high cooling rates of the L-PBF process (≈10^5 K/s). This project investigated the fracture toughness of the recycled Al95Fe2Cr2Ti1 alloy produced by L-PBF. The powders were produced by gas atomization, characterized, and used in the L - PBF process. After optimizing the parameters, samples were fabricated in different build directions, with some subjected to heat treatments. Fracture toughness was evaluated using the KIC technique, according to ASTM E399 standards. The results showed that fracture toughness is sensitive to build direction and heat treatments. The 0° build direction without heat treatment exhibited the best results, with values exceeding 34 MPa·√, followed by 29 MPa·√ and 26 MPa·√ for stress relief and quasicrystalline phase (QC) decomposition treatments, respectively. These values are comparable to AlSi10Mg, AlSi7Mg, and 2XXX series alloys, such as 2024, produced by L-PBF. Regarding fracture mechanisms, for samples built at 0°, cracks propagated through the edges of the melt pools. For samples built at 45°, cracks followed a stepped propagation along the edges of the melt pool. In the 90° build samples, the fracture exhibited a mixed behavior, with propagation through both the center and edges of the melt pools, indicating a relationship between the load and the build direction.
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Although the fracture toughness of these alloys has not been previously studied due to the difficulty of manufacturing bulky parts by traditional methods, they are expected to exhibit high toughness due to their microstructure, which combines a nanometric, high-strength quasicrystalline phase with a spherical morphology in a dendritic aluminum matrix refined by the high cooling rates of the L-PBF process (≈10^5 K/s). This project investigated the fracture toughness of the recycled Al95Fe2Cr2Ti1 alloy produced by L-PBF. The powders were produced by gas atomization, characterized, and used in the L - PBF process. After optimizing the parameters, samples were fabricated in different build directions, with some subjected to heat treatments. Fracture toughness was evaluated using the KIC technique, according to ASTM E399 standards. The results showed that fracture toughness is sensitive to build direction and heat treatments. The 0° build direction without heat treatment exhibited the best results, with values exceeding 34 MPa·√, followed by 29 MPa·√ and 26 MPa·√ for stress relief and quasicrystalline phase (QC) decomposition treatments, respectively. These values are comparable to AlSi10Mg, AlSi7Mg, and 2XXX series alloys, such as 2024, produced by L-PBF. Regarding fracture mechanisms, for samples built at 0°, cracks propagated through the edges of the melt pools. For samples built at 45°, cracks followed a stepped propagation along the edges of the melt pool. In the 90° build samples, the fracture exhibited a mixed behavior, with propagation through both the center and edges of the melt pools, indicating a relationship between the load and the build direction.Estudos recentes demonstraram a viabilidade de obter fase quasicristalina metaestável em ligas Al-Fe-Cr-Ti por Fusão em Leito de Pó a Laser (L-PBF). Essas ligas são promissoras para serem utilizadas em matrizes e componentes estruturais devido à sua alta resistência específica e ao desgaste, especialmente em altas temperaturas. Embora a tenacidade à fratura dessas ligas não tenha sido estudada anteriormente devido à dificuldade de fabricar peças volumosas por métodos tradicionais, espera-se que apresentem alta tenacidade graças à sua microestrutura, que combina uma fase quasicristalina nanométrica, de alta resistência e morfologia esférica, em uma matriz dendrítica de alumínio refinada pelas altas taxas de resfriamento do processo L-PBF (≈10^5 K/s). Este projeto investigou a tenacidade à fratura da liga reciclada Al95Fe2Cr2Ti1 produzida por L - PBF. Os pós foram produzidos por atomização a gás, caracterizados e utilizados no processo L-PBF. Após a otimização dos parâmetros, amostras foram fabricadas em diferentes direções de construção e algumas foram submetidas a tratamentos térmicos. A tenacidade à fratura foi avaliada pela técnica de KIC, conforme a norma ASTM E399. Os resultados demonstraram que a tenacidade à fratura é sensível à direção de construção e aos tratamentos térmicos. A direção de construção a 0° sem tratamento térmico apresentou os melhores resultados, com valores superiores a 34 MPa·√, seguida por 29 MPa·√ e 26 MPa·√ para tratamentos de alívio de tensão e decomposição da fase quasicristalina (QC), respectivamente. Esses valores são comparáveis às ligas AlSi10Mg, AlSi7Mg e ligas da série 2XXX, como a liga 2024, produzidas por L - PBF. Para os mecanismos de fratura, as amostras construídas a 0°, a trinca se propagou através das bordas das poças de fusão. Já para as amostras construídas na direção de 45°, a trinca seguiu uma propagação escalonada pelas bordas da poça de fusão. Nas amostras construídas a 90°, a fratura teve caráter misto, com propagação pelo centro e bordas das poças de fusão, indicando relação entre a carga e a direção de construção.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)CAPES – Processo: n° 88887.694440/2022-00FAPESP – Processo: n° 2022/15435-1porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFusão em leito de pó a laserManufatura aditivaQuasicristaisTenacidade à fraturaLigas de alumínioLaser powder bed fusionAdditive manufacturingQuasicrystalsFracture toughnessAluminum alloysENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICATenacidade à fratura de liga de alumínio formadora de fase quasicristalina fabricada por manufatura aditivaFracture toughness of quasicrystalline phase-former aluminum alloy fabricated by additive manufacturinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdf.txtErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103264https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bb1f8ae0-aef7-44c1-8a43-f8d6b070d896/download8ccaffc604d2a24ff0b8154e3c3badc7MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdf.jpgErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3819https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/90434b2a-9bad-47c3-ad66-004970749e5f/download624e00c4f83f998b8b2d9931dc1da6d4MD54falseAnonymousREADORIGINALErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdfErlifas Moreira Rocha - Dissertação.pdfErlifas Moreira Rocha - Dissertaçãoapplication/pdf16032476https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/01a27470-a4c3-4ecb-935f-84f869030f8d/download4676f1c6d4ba08e63a27c408b83d2f21MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8913https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/be2dd0c3-cce9-4d54-b23f-bd7ae16779ac/download3185b4de2190c2d366d1d324db01f8b8MD52falseAnonymousREAD20.500.14289/209562025-02-06 03:54:34.583http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/Attribution 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20956https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T06:54:34Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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