Projeto e análise do desempenho de uma matriz-protótipo para deformação plástica severa de metais por extrusão em canal angular com torção

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Teixeira, Rafael Fernando
Orientador(a): Magalhães, Danielle Cristina Camilo 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 Engenharia Mecânica - PPGEMec
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/20.500.14289/18029
Resumo: The emphasis of this work was to develop a prototype of a Twist Equal-Channel Angular Pressing die (T-ECAP). ECAP consists of pressing a metallic billet through two sequential channels with same cross-section area forming an angle, imposing large shear strains on the material without significant changes on their initial dimensions. In addition, it is widely studied due to its ability to produce ultrafine-grained materials (< 1 μm). T-ECAP has a twist zone in addition to the sequential channels, so that in each pass a combined shear strain is applied, increasing equivalent strain per pass. In this study, in an original die for T-ECAP, extrusions were made with Cu-0.7Cr-0.07Zr alloy and pure copper, which are very ductile at room temperature, for comparison with the results from numerical simulation obtained by finite element method in a Deform® software. The processed materials had their microstructure studied by metallography and strain distribution was evaluated by Vickers hardness mappings. Performance analysis of the T-ECAP die were also carried out with numerical simulations being performed with different combinations of geometries. The results indicated that in the original ECA-T die a single pass resulted in an equivalent strain of approximately 0.61, using the combination φ = 120° and Φ = 44° in the ECAP zone and ω = 45° and β = 23° in the twist zone. For T-ECAP die optimization, among analyzed combinations, the one that resulted in a smaller heterogeneity in the distribution of stresses and strains with a smaller pressing load was a die with φ = 120°, Φ = 22°, ω = 90° and β = 25°, imposing an average equivalent strain of 1.12 per pass. Thus, based on these findings, a mechanical design of a new T-ECAP prototype die was proposed.
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ECAP consists of pressing a metallic billet through two sequential channels with same cross-section area forming an angle, imposing large shear strains on the material without significant changes on their initial dimensions. In addition, it is widely studied due to its ability to produce ultrafine-grained materials (< 1 μm). T-ECAP has a twist zone in addition to the sequential channels, so that in each pass a combined shear strain is applied, increasing equivalent strain per pass. In this study, in an original die for T-ECAP, extrusions were made with Cu-0.7Cr-0.07Zr alloy and pure copper, which are very ductile at room temperature, for comparison with the results from numerical simulation obtained by finite element method in a Deform® software. The processed materials had their microstructure studied by metallography and strain distribution was evaluated by Vickers hardness mappings. Performance analysis of the T-ECAP die were also carried out with numerical simulations being performed with different combinations of geometries. The results indicated that in the original ECA-T die a single pass resulted in an equivalent strain of approximately 0.61, using the combination φ = 120° and Φ = 44° in the ECAP zone and ω = 45° and β = 23° in the twist zone. For T-ECAP die optimization, among analyzed combinations, the one that resulted in a smaller heterogeneity in the distribution of stresses and strains with a smaller pressing load was a die with φ = 120°, Φ = 22°, ω = 90° and β = 25°, imposing an average equivalent strain of 1.12 per pass. Thus, based on these findings, a mechanical design of a new T-ECAP prototype die was proposed.A ênfase do presente trabalho foi desenvolver um protótipo de uma matriz de Extrusão em Canal Angular com Torção (ECA-T). A ECA consiste em forçar a passagem de um material entre dois canais sequenciais, de mesma seção transversal e que formam um determinado ângulo entre si, impondo grandes deformações por cisalhamento simples ao material, sem alteração significativa das dimensões iniciais. Além disso, é amplamente estudada devido à sua capacidade em produzir ligas metálicas de granulação ultrafina (< 1 μm). A ECA-T possui uma zona de torção além dos canais sequenciais, de modo que em cada passe seja aplicada uma deformação combinada de cisalhamento, ampliando a deformação equivalente imposta. Neste estudo, em uma matriz já construída para ECA-T, foram feitas extrusões com a liga Cu-0,7Cr-0,07Zr e cobre eletrolítico, que são materiais de fácil conformação em temperatura ambiente, para comparação com os resultados da simulação numérica por método de elementos finitos utilizando o programa Deform®. Os materiais processados tiveram sua microestrutura estudada por metalografia e a distribuição de deformações foi avaliada por mapeamentos de dureza Vickers. Também foram feitas análises do desempenho da matriz, sendo realizadas simulações numéricas com diferentes combinações de geometrias. Os resultados indicaram que, na matriz original de ECA-T, cada passe de extrusão resultou em uma deformação equivalente de aproximadamente 0,61, utilizando a combinação φ = 120° e Φ = 44° na zona de ECA e ω = 45° e β = 23° na zona de torção. Para a otimização da matriz de ECA-T, dentre as combinações analisadas, a que resultou em uma menor heterogeneidade na distribuição de tensões e deformações e menor carga para prensagem foi a matriz com φ = 120°, Φ = 22°, ω = 90° e β = 25°, impondo uma deformação equivalente média de 1,12 por passe. Assim, com estes resultados, foi proposto um projeto mecânico de uma matriz-protótipo para ECA-T.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)001porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEMecUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessDeformação plástica severaExtrusão em canal angular com torçãoRefinamento de grãoProjeto mecânico de matrizesSevere plastic deformationTwist equal channel angular pressingGrain refinementMechanical die designENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAOProjeto e análise do desempenho de uma matriz-protótipo para deformação plástica severa de metais por extrusão em canal angular com torçãoDesign and performance analysis of a prototype die for twist equal-channel angular pressing of metalsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600ae3f7e8f-0c98-440a-8034-a11e8ec3336breponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdfDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdfDissertaçãoapplication/pdf4456206https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7436da26-21d5-496f-a459-b39692912bc2/download6d9fd6a0fac7b1b8faaea91cd204a281MD52trueAnonymousREADTEXTDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdf.txtDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdf.txtExtracted texttext/plain129928https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3ef93fb9-a451-479a-959e-f195892caecf/download6748479cde0f07184eda0edf6d3ed7b8MD54falseAnonymousREADTHUMBNAILDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdf.jpgDissertação Rafael Fernando Teixeira.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6370https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c4910d87-e880-4b07-9673-b99d4a8e170b/downloadc02249b9690265020dbbf71548361c8eMD55falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/fd31b5ca-b619-4994-81eb-f66520795291/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53falseAnonymousREAD20.500.14289/180292025-02-05 23:41:50.165http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/18029https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T02:41:50Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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