Estudo da obtenção de compósitos metal-metal e ligas metálicas por extrusão em canal angular de pós elementares

dc.contributor.advisor-co1Zilnyk, Kahl Dick
dc.contributor.advisor1Cintho, Osvaldo Mitsuyuki
dc.contributor.advisor1Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.contributor.instituicao-banca1Universidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.contributor.instituicao-banca2Universidade Federal de São Carlospt_BR
dc.contributor.instituicao-banca3Max Planck Institute/Düsseldorf-Alemanhapt_BR
dc.contributor.instituicao-banca4Universidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.contributor.referee1Aguiar, Denilson José Marcolino de
dc.contributor.referee2Magalhães, Danielle Cristina Camilo
dc.contributor.referee3Silva, Alisson Kwiatkowski da Silva
dc.contributor.referee4Hupalo, Marcio Ferreira
dc.creatorNamur, Ricardo Sanson
dc.creator.ID07456170932pt_BR
dc.creator.Latteslattes.cnpq.brpt_BR
dc.date.accessioned2021-06-14T12:37:19Z
dc.date.accessioned2026-06-29T14:28:45Z
dc.date.available2021-06-14T00:00:00Z
dc.date.available2021-06-14T12:37:19Z
dc.date.issued2020-11-18
dc.description.abstractSevere plastic deformation of metals was initially developed for obtaining ultrafine grained microstructures; however, researchers have also been using these techniques for powder consolidation and the obtaining of metal-based composites. In this work, Equal Channel Angular Pressing (ECAP) was used as a technique for the consolidation of from blended elemental powders and posterior obtaining of alloys and metal-metal composites after heat treatment. In an initial work, blended elemental powders of iron, chromium, nickel and manganese (Fe-25Cr-20Ni-2Mn wt.%) were consolidated by ECAP in a Φ = 120° die by using 1 and 2 passes by route A. Both samples were after subjected to heat treatment at 1100°C for one hour. Optical and electron microscope analysis have demonstrated green densification of 97% after one pass and 98.4% after two passes. Heat treatment led to densification of about 99% for both samples. Vickers hardness of all metals was measured and substantial improvement was observed, mostly in the first ECAP pass. Interdiffusion between adjacent particles was observed by SEM/EDX analysis of samples after heat treatment, indicating the potentiality of these routes for alloying. In a second study, the effect of temperature was investigated on the consolidation of blended elemental powders of aluminum and copper. A Φ = 90° die was used and consolidation were performed at room (1 and 4 passes by route Bc) and cryogenic temperature (1 pass). For cryogenic consolidation, the die was submerged in liquid nitrogen. The characterization of the samples revealed that cryogenic consolidation led to the formation of denser and harder microstructures, that were comparable to the one obtained after four passes at room temperature. Reference samples of commercially pure aluminum and copper were subjected to tensile tests at room and cryogenic temperatures, where a simultaneous increase in strength and ductility were observed at cryogenic temperature. Such results indicate that a partial suppression of the dynamic recovery mechanisms, at cryogenic temperature, may have allowed higher plastic deformation by the inhibition of plastic instabilities. EBSD analysis of ECAPed samples have revealed a microstructure of submicrometric grains (0,1 μm-1 μm) for both metals, as well as the development of a higher fraction of high angle grain boundaries for higher equivalent strains. After heat treated at 500 °C for 15, 30, 45 and 60 minutes, the Al-Cu samples have presented a microstructure of intermetallics and partially dissolved Al and Cu particles. Initially, the Al2Cu (θ) phase was formed, followed by Al4Cu9 (γ1) phase and an intermediate area with variable chemical composition (δ + ζ2 + η2). Longer heat treatments have led to the thickening of the γ1 + δ + ζ2 + η2 layer and the formation of microcracks along the microstructure, due to volumetric shrinking associated to the formation of Cu-rich intermetallics.pt_BR
dc.description.resumoA deformação plástica severa de materiais metálicos foi desenvolvida com o intuito de obter microestruturas altamente refinadas, entretanto, diversos pesquisadores também observaram a eficácia deste método para uma eficaz consolidação de pós e a obtenção de compósitos de matriz metálica. Desta forma, neste trabalho estudou-se a Extrusão em Canal Angular (ECA) como método de obtenção de ligas metálicas e compósitos metal-metal a partir de misturas de pós metálicos elementares, consolidação destes pós e posterior tratamento térmico. Em um estudo inicial, uma mistura de pós de ferro, cromo, níquel e manganês, na proporção em massa de Fe-25Cr-20Ni-2Mn, foi consolidada em temperatura ambiente com 1 e 2 passes, utilizando uma matriz de ECA de Φ = 120°. Ambas as amostras foram também sujeitas a tratamento térmico a 1100°C por 1 hora. Análises por microscopia óptica e eletrônica mostraram densificação, a verde, de 97% após 1 passe e 98,4% após 2 passes. Tratamentos térmicos levaram a um aumento na densificação para aproximadamente 99% em ambas as amostras. A dureza Vickers dos diferentes elementos foi caracterizada, na qual observou-se um aumento substancial, especialmente no primeiro passe. Análises de composição química por MEV/EDS mostraram a interdifusão entre partículas após tratamento térmico, indicando a possibilidade de obter ligas por esta rota de processamento. Em um segundo estudo, investigou-se o efeito da temperatura na consolidação por ECA (Φ = 90°) de uma mistura de pós elementares de alumínio e cobre, na proporção de 1:1, em volume. Consolidações foram realizadas em temperatura ambiente com 1 e 4 passes (rota Bc) e em temperatura criogênica com 1 passe, submergindo a matriz de ECA em nitrogênio líquido. A análise das amostras mostrou que as amostras consolidadas em temperatura criogênica apresentaram maior densificação e dureza do que as amostras consolidadas em temperatura ambiente; sendo comparáveis às amostras submetidas a 4 passes em temperatura ambiente. Por meio de ensaios de tração em amostras de alumínio e cobre, comercialmente puros, utilizados como referência para comparação, observou-se um aumento simultâneo na resistência mecânica e na ductilidade destes materiais em temperatura criogênica. A análise dos resultados indica uma possível supressão parcial nos mecanismos de recuperação dinâmica durante a deformação em temperatura criogênica, permitindo uma maior deformação dos materiais nessa temperatura pela inibição de instabilidades plásticas. Análises de EBSD dos metais consolidados por ECA indicaram refino microestrutural e a obtenção de grãos entre 0,1 μm e 1 μm para alumínio e cobre, assim como uma evolução microestrutural no sentido de maiores frações de contornos de grão de alto ângulo em maiores deformações equivalentes. Após submetidas a tratamentos térmicos a 500 °C por 15, 30, 45 e 60 minutos, as amostras de Al-Cu apresentaram uma microestrutura complexa de intermetálicos, na qual a fase Al2Cu (θ) é formada inicialmente, seguida da fase Al4Cu9 (γ1) e de uma camada intermediária de composição química variável (δ + ζ2 + η2). O aumento do tempo de tratamento térmico levou ao espessamento da camada de γ1 + δ + ζ2 + η2 e à formação severa de microtrincas ao longo da microestrutura, pela contração volumétrica associada à formação de intermetálicos ricos em cobre.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.identifier.citationNAMUR, Ricardo Sanson. Estudo da obtenção de compósitos metal-metal e ligas metálicas por extrusão em canal angular de pós elementares. 2020. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttps://ri.uepg.br/handle/123456789/2289
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Estadual de Ponta Grossapt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentDepartamento de Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUEPGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectDeformação plástica severapt_BR
dc.subjectExtrusão em canal angularpt_BR
dc.subjectCompósitos de matriz metálicapt_BR
dc.subjectCompósitos metal-metalpt_BR
dc.subjectMetalurgia do pópt_BR
dc.subjectSevere plastic deformationpt_BR
dc.subjectEqual channel angular pressingpt_BR
dc.subjectMetal matrix compositespt_BR
dc.subjectMetal-metal compositespt_BR
dc.subjectPowder metallurgypt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.titleEstudo da obtenção de compósitos metal-metal e ligas metálicas por extrusão em canal angular de pós elementarespt_BR
dc.typeTesept_BR

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