Microestruturas de solidificação e propriedades mecânicas da liga eutética Al-Ni-Co com potencial de aplicação aeroespacial

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Paula, Andrei Figueiredo de, 1996 -
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Propriedades mecânicas
Solidificação
Ligas de alumínio
Microestrutura
Mechanical properties
Solidification
Al alloys
Microstructure
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/23974
Resumo: Orientador: Noé Cheung
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spelling Microestruturas de solidificação e propriedades mecânicas da liga eutética Al-Ni-Co com potencial de aplicação aeroespacialSolidification microstructures and mechanical properties of the Al-Ni-Co eutectic alloy with potential for aerospace applicationPropriedades mecânicasSolidificaçãoLigas de alumínioMicroestruturaMechanical propertiesSolidificationAl alloysMicrostructureOrientador: Noé CheungDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O desenvolvimento de ligas à base de Al está em constante evolução, buscando aperfeiçoar as propriedades exigidas para aplicações que exigem elevada relação entre resistência mecânica específica e alta estabilidade térmica. Isto ocorre principalmente porque as ligas mais usuais de Al podem eventualmente não satisfazer a esses requisitos, o que revela o interesse em investigar novos sistemas de ligas de Al que ofereçam propriedades aprimoradas. Nesse contexto, o sistema Al-Ni tem se destacado, devido à sua combinação de alta resistência mecânica e estabilidade térmica em altas temperaturas. Estudos recentes comprovam que as propriedades mecânicas de ligas Al-Ni podem ser aprimoradas por meio da adição de elementos como o Co. No entanto, a evolução microestrutural durante a solidificação das ligas Al-Ni-Co, bem como seus impactos nas propriedades resultantes, ainda são pouco compreendidos. Assim, esse trabalho tem como objetivo analisar a relação da microestrutura com a dureza e a resistência à tração da liga eutética Al-5,4%Ni-0,34%Co. Foi, então, utilizada uma técnica de solidificação direcional para obter amostras com vários graus de escala de comprimento microestrutural. Após isso, foi realizada uma ampla caracterização microestrutural, além de ensaios de microdureza Vickers e de tração. Os resultados revelaram uma microestrutura caracterizada pela coexistência da fase ?-Al com os intermetálicos (IMCs) Al3Ni e Al9Co2. Enquanto os IMCs Al3Ni estão presentes na forma de colônias eutéticas com morfologia fibrosa, os IMCs Al9Co2 exibem morfologia fishbone e se localizam envoltos pela fase ?-Al. Observa-se também que equações do tipo potência são adequadas para descrever as evoluções dos espaçamentos microestruturais com os parâmetros térmicos de solidificação. O refinamento da microestrutura resultou um aumento de 62% no limite de resistência à tração, 22% no limite de escoamento, 108% no alongamento e 7% na dureza. Equações experimentais baseadas na relação de Hall-Petch são propostas para representar tais aprimoramentos nas propriedades mecânicas em função dos espaçamentos microestruturais estudados. Comparações com a literatura, revelam que a liga eutética ternária Al-Ni-Co apresenta propriedades de tração e dureza compatíveis àquelas das ligas binárias Al-Ni e Al-Co. Em comparação com uma liga aeroespacial à base de Al da literatura, a liga Al-5,4%Ni-0,34%Co apresenta menor tensão de escoamento, porém com alongamento consideravelmente maior, demonstrando seu potencial para aplicações aeroespaciaisAbstract: The development of Al-based alloys is constantly evolving, aiming to enhance properties required for applications demanding a high ratio of specific mechanical strength to thermal stability. This is primarily because conventional Al alloys may eventually fail to meet these requirements, prompting interest in investigating new Al alloy systems offering improved properties. In this context, the Al-Ni system has stood out due to its combination of high mechanical strength and thermal stability at high temperatures. Recent studies have shown that the mechanical properties of Al-Ni alloys can be enhanced by adding elements such as Co. However, the microstructural evolution during the solidification of Al-Ni-Co alloys and its impact on resulting properties are still not well understood. Therefore, this study aims to analyze the relationship between microstructure, hardness, and tensile strength of the eutectic Al-5.4wt.%Ni-0.34wt.%Co alloy. A directional solidification technique was employed to obtain samples with varying degrees of microstructural length scales. Subsequently, extensive microstructural characterization, Vickers microhardness, and tensile tests were conducted. The results revealed a microstructure characterized by the coexistence of ?-Al phase with intermetallic compounds (IMCs) Al3Ni and Al9Co2. While Al3Ni IMCs were present in the form of eutectic colonies with fibrous morphology, Al9Co2 IMCs exhibited fishbone morphology and were surrounded by the ?-Al phase. It was observed that power-law equations adequately describe the evolutions of microstrucutural spacings with solidification thermal parameters. Microstructure refinement resulted in a 62% increase in tensile strength, 22% in yield strength, 108% in elongation, and 7% in hardness. Experimental equations based on the Hall-Petch relationship are proposed to represent these mechanical property enhancements as a function of studied microstructural spacings. Comparisons with literature indicate that the ternary Al-Ni-Co eutectic alloy exhibits tensile properties and hardness comparable to those of binary Al-Ni and Al-Co alloys. Compared to an Al-based aerospace alloy from the literature, the Al-5.4wt.%Ni-0.34wt.%Co alloy exhibits lower yield strength but significantly higher elongation, demonstrating its potential for aerospace applicationsAbertoMestradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia MecânicaCAPES001[s.n.]Cheung, Noé, 1974-Zavaglia, Cecília Amélia de CarvalhoSandor, Leonardo TabordaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPaula, Andrei Figueiredo de, 1996 -20242024-08-02T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (117 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/23974PAULA, Andrei Figueiredo de. Microestruturas de solidificação e propriedades mecânicas da liga eutética Al-Ni-Co com potencial de aplicação aeroespacial. 2024. 1 recurso online (117 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: 20.500.12733/23974. Acesso em: 29 set. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1409137Cover: https://repositorio.unicamp.br/capa/capa?codigo=1409137Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2025-05-22T15:38:21Zoai::1409137Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2025-05-22T15:38:21Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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