Microestrutura e propriedades mecânicas da liga Al7SiMg contaminada com 2,8%Fe e processada por fusão seletiva a laser
| Ano de defesa: | 2022 |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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Resumo: | The solidification kinetics imposed by Selective Laser Melting (SLM) leads the microstructure of the manufactured metallic components to present intrinsic characteristics such as: microstructural and phase refinement, elements in solid solution and columnar grains. The columnar grains formation during solidification can lead to hot cracking, as occur in the majority aluminum alloys, except for hypoeutectic alloys Al-10Si-0.6Mg, and Al-7Si-0.7Mg (%wt), which are commercial alloys widely used in SLM processes. Iron contamination occurs on a large scale in aluminum alloys and causes the formation of undesirable intermetallic phases, restricting the processing of these alloys. Therefore, the aluminum alloy Al-7Si-0.7Mg (%wt) was used as feedstock in this study, which 2.8 %wt of Fe was added. It is widely known in the literature that Fe has low solubility limit in aluminum matrix, and its presence must be carefully controlled. Iron content higher than solubility limit in AlSi alloys contribute to the formation of AlSiFe intermetallics with platelet-like morphology, which are responsible for degradation of mechanical properties. The Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe alloy was obtained by Conventional Casting (CC), and processed by gas atomization and SLM. This study showed that the SLM processes is able to mitigate the deleterious effects caused by Fe-rich intermetallics on the mechanical properties of the Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe alloy. Providing microstructural refinement, and rounding of AlFeSi phases and silicon particles, and appreciable amount of Si and Mg in solid solution, the alloy processed by SLM achieved excellent mechanical properties compared to the conventional casting alloy, and equivalents compared to Al-7Si-0.7Mg alloys with commercial composition present in the literature without iron contamination. The study opens up the possibility of expanding the use of primary aluminum alloys that suffer iron contamination, representing a new high added-value recycling route. |
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Pereira, Leandro HenriqueBotta, Walter Joséhttp://lattes.cnpq.br/8956458007749112Bolfarini, Claudemirohttp://lattes.cnpq.br/9231627080617037https://lattes.cnpq.br/14205860300637982024-07-22T13:04:15Z2024-07-22T13:04:15Z2022-06-28PEREIRA, Leandro Henrique. Microestrutura e propriedades mecânicas da liga Al7SiMg contaminada com 2,8%Fe e processada por fusão seletiva a laser. 2022. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20197.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20197The solidification kinetics imposed by Selective Laser Melting (SLM) leads the microstructure of the manufactured metallic components to present intrinsic characteristics such as: microstructural and phase refinement, elements in solid solution and columnar grains. The columnar grains formation during solidification can lead to hot cracking, as occur in the majority aluminum alloys, except for hypoeutectic alloys Al-10Si-0.6Mg, and Al-7Si-0.7Mg (%wt), which are commercial alloys widely used in SLM processes. Iron contamination occurs on a large scale in aluminum alloys and causes the formation of undesirable intermetallic phases, restricting the processing of these alloys. Therefore, the aluminum alloy Al-7Si-0.7Mg (%wt) was used as feedstock in this study, which 2.8 %wt of Fe was added. It is widely known in the literature that Fe has low solubility limit in aluminum matrix, and its presence must be carefully controlled. Iron content higher than solubility limit in AlSi alloys contribute to the formation of AlSiFe intermetallics with platelet-like morphology, which are responsible for degradation of mechanical properties. The Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe alloy was obtained by Conventional Casting (CC), and processed by gas atomization and SLM. This study showed that the SLM processes is able to mitigate the deleterious effects caused by Fe-rich intermetallics on the mechanical properties of the Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe alloy. Providing microstructural refinement, and rounding of AlFeSi phases and silicon particles, and appreciable amount of Si and Mg in solid solution, the alloy processed by SLM achieved excellent mechanical properties compared to the conventional casting alloy, and equivalents compared to Al-7Si-0.7Mg alloys with commercial composition present in the literature without iron contamination. The study opens up the possibility of expanding the use of primary aluminum alloys that suffer iron contamination, representing a new high added-value recycling route.A cinética de solidificação imposta pelo processo de Fusão Seletiva a Laser (FSL) faz com que a microestrutura dos componentes metálicos fabricados apresente características intrínsecas como: refinamento microestrutural e de fases, elementos em solução sólida e grãos colunares. A formação de grãos colunares durante a solidificação pode ocasionar trincamento a quente, como na maioria das ligas de alumínio, com exceção das ligas hipoeutéticas Al-10Si-0.6Mg, e Al-7Si-0.7Mg (%p), que são ligas comerciais muito utilizadas nos processos de FSL. A contaminação por ferro ocorre em larga escala nas ligas de alumínio e provoca a formação de fases intermetálicas indesejáveis, restringindo o processamento dessas ligas. Sendo assim, esse estudo utiliza a liga de alumínio Al-7Si-0.7Mg, na qual foi adicionado propositalmente 2.8 %p de Fe. É amplamente conhecido na literatura que o Fe tem baixo limite de solubilidade em matriz de alumínio e sua presença deve ser cuidadosamente controlada devido a formação de intermetálicos AlFeSi que podem se apresentar com morfologia de placas, responsáveis por proporcionar degradação nas propriedades mecânicas. A liga Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe foi obtida por Fundição Convencional (FC), em seguida atomizada a gás, e processada por FSL. Esse estudo mostrou que o processo de FSL é capaz de mitigar os efeitos deletérios causados pelos intermetálicos AlFeSi sobre as propriedades mecânicas da liga Al-7Si-0.7Mg-2.8Fe, proporcionando refinamento microestrutural, arredondamento de fases AlFeSi e do Silício, e apreciável quantidade de Si e Mg em solução sólida. Com essas características a liga processada por FSL alcançou excelentes propriedades mecânicas em comparação com a fabricada por fundição convencional, e equivalentes em relação as ligas Al-7Si-0.7Mg de composição comercial presentes na literatura, sem contaminação por ferro. O estudo abre a possibilidade de expandir a utilização de ligas de alumínio primárias que sofrem contaminação por ferro, representando uma nova rota de reciclagem de alto valor agregado.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.357895/2019-00porUniversidade 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 seletiva a lazerIntermetálicos AlFeSiPropriedades mecânicasAlSiMgSelective laser meltingAlFeSi intermetallicsMechanical propertiesENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICAMicroestrutura e propriedades mecânicas da liga Al7SiMg contaminada com 2,8%Fe e processada por fusão seletiva a laserMicrostructure and mechanical properties of Al7SiMg alloy contaminated with 2.8%Fe and processed by selective laser meltinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTLeandro Henrique Pereira - Tese .pdf.txtLeandro Henrique Pereira - Tese .pdf.txtExtracted texttext/plain102879https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/8cd6a5e2-3745-4985-b773-1a652a4bfbbe/download8cddc5e627674f2a835b8153cc13f707MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILLeandro Henrique Pereira - Tese .pdf.jpgLeandro Henrique Pereira - Tese .pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3949https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/43c65133-7c75-4724-961a-6d38ad00c7c6/downloada2b34c56a2167d753c3b8f04bddea7e8MD54falseAnonymousREADORIGINALLeandro Henrique Pereira - Tese .pdfLeandro Henrique Pereira - Tese .pdfapplication/pdf4987415https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/25a66995-fe92-4364-a30c-b41da28c02e5/download75af751f87a9b4c0eae835480a7a0b4cMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9460e32f-e2eb-42a4-9d7a-f61c5933e908/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/201972025-02-06 02:43:23.262http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20197https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:43:23Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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