Characterização solidification microstructures of Al-Fe alloys and correlation with medchanical properties

Orientador: Amauri GarciaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Foram realizados estudos em estruturas de solidificação de três ligas hipoeutéticas Al-Fe, as quais foram solidificadas direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor. Durante a solidificação fora do equilíbrio de fundidos, uma gama de taxas de resfriamento pode ocorrer da superfície ao centro da peça, o que pode causar a formação de fases intermetálicas metaestáveis além da fase estável Al3Fe. Uma abordagem teórico-experimental foi desenvolvida para determinar quantitativamente as variáveis térmicas de solidificação, tais como velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxas de resfriamento ao longo da peça fundida. Os resultados térmicos experimentais também incluem o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde, hg, determinado através da comparação entre os perfis térmicos experimentais no fundido e simulações da solidificação obtidas por um programa de diferenças finitas. Estruturas celulares prevaleceram para todas as ligas Al-Fe analisadas. Os espaçamentos celulares (?1), medidos ao longo do comprimento dos fundidos, foram comparados com as previsões teóricas fornecidas por modelos de crescimento celular. De modo a investigar a natureza dos intermetálicos Al-Fe presentes na microestrutura, estas fases foram extraídas da matriz rica em alumínio utilizando-se de uma técnica de dissolução. Estas fases foram então analisadas utilizando-se Raios-X e MEV. Resultados obtidos através de ensaios de tração foram correlacionados com o espaçamento celular. Verificou-se que o limite de resistência à tração, o limite de escoamento e o alongamento específico aumentam com o decréscimo do espaçamento celular. Os maiores valores para o limite de resistência a tração, foram obtidos para os corpos de prova com estruturas mais refinadas da liga Al-1,5%Fe onde uma maior densidade de fibras é encontrada e sua distribuição é mais homogênea devido a espaçamentos celulares menores. Por outro lado, o alongamento específico diminuiu com o aumento do teor de soluto da ligaAbstract: Investigations have been made of the solidification structure of three hypoeutectic Al-Fe alloys, which were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. During the non-equilibrium solidification of castings a range of cooling rates occur from the surface to the casting center, and can cause the formation of metastable intermetallic phases in addition to the stable Al3Fe phase. A combined theoretical/experimental approach was used in order to quantitatively determine the solidification parameters: tip growth rate and cooling rate along the castings length. The experimental thermal results also include transient metal/mold heat transfer coefficients, hg, determined from comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. A cellular microstructure has prevailed along all the Al-Fe alloys castings. The experimental cell spacing (?1), which was measured along the casting length, was compared with the theoretical predictions furnished by cellular growth models. In order to investigate the nature of the Al-Fe intermetallics, these phases were extracted from the aluminum-rich matrix by using a dissolution technique. Such phases were then investigated by SEM and X-ray techniques. The tensile tests results were correlated with the cell spacing. It was found that the ultimate tensile strength, the yield strength and the maximum elongation increase with decreasing cell spacing. The higher values for ultimate tensile strength were those obtained for the most refined Al-1.5wt%Fe alloy samples, where a higher density of fibers is found distributed in a more homogeneous way due to lower cell spacing value. In contrast, the maximum elongation was found to decrease when the solute content was increasedDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânic