Orientador: Maria Helena Robert

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: o trabalho analisa a possibilidade de produção de compósitos do tipo in situ no sistema Al-Nb, constituidos de matriz AI reforçada com 6, 12 e 18% em volume do intermetálico NbAI3; e caracteriza os compósitos obtidos em termos de propriedades mecânicas (dureza; limite de resistência, limite...

Resumo: o trabalho analisa a possibilidade de produção de compósitos do tipo in situ no sistema Al-Nb, constituidos de matriz AI reforçada com 6, 12 e 18% em volume do intermetálico NbAI3; e caracteriza os compósitos obtidos em termos de propriedades mecânicas (dureza; limite de resistência, limite elástico e alongamento, em tração a temperatura ambiente e a 150C; desgaste), expansão térmica.e densidade. Dois diferentes processos para a obtenção dos compósitos foram testados: fusão conjunta dos elementos e dissolução do Nb sólido em AI líquido. O primeiro processo foi considerado inadequado dada a limitação da quantidade de material factível e a morfologia do tipo esqueleto do intermetálico resultante. Compósitos com intermetálicos poligonais como reforço distribuido na matriz foram obtidos a partir de ligas.-base hiperperitéticas de AI-Nb, por sua vez obtidas por dissolução do Nb em AI. Foram analisados os mecanismos de dissolução envolvidos, visando o controle da morfologia da fase intermetálica. Os compósitos produzidos apresentaram dureza crescente com o aumento da fração de reforço, com valores de 30 a 80% superiores à do AI utilizado como matriz. Com relação aos resultados de ensaios de tração à temperatura ambiente, foram observados aumentos da ordem de até 50% no limite de resistência, de até 62% no limite de escoamento e redução de até 90% no alongamento, para os compósitos produzidos, com relação ao AI sem reforço. Quanto aos resultados obtidos para ensaios de tração a 150C, pode ser observado aumento de até 85% no limite de resistência, de até 93% no limite de escoamento e redução de até 86% no alongamento para os compósitos, com relação ao AI utilizado como matriz. As alterações nas propriedades são, em geral, crescentes com o aumento da fração de reforço. Foram observados micro-mecanismos de fratura dútil nos compósitos. Quanto ao desgaste, os compósitos apresentaram taxa de desgaste decrescente com o aumento da quantidade de reforço, com valores de até 70% inferiores aos apresentados pelo AI. Nos compósitos mecanismos de desgaste por deformação e fragmentação estão presentes. Com relação à expansão térmica, os compósitos apresentaram valores até 13% inferiores ao AI. Também neste caso, o aumento da quantidade de reforço significa maiores alterações na propriedade. Os compósitos apresentaram densidade aparente crescente com o aumento do teor de reforço, com valores até 14% superiores ao do AI. Os resultados obtidos neste trabalho permitem apresentar um novo e já caracterizado material, com proposição de método de fabricação e sugestões de utilização

Abstract: This work analyses the feasibility of in situ composites production in the AI-Nb system, containing AI- fhase as matrix and intermetallic NbAl3 as reinforcement; and characterizes 6, 12 and 18%vol NbAl3 produced composites in relation to their mechanical properties (hardness; yield...

Abstract: This work analyses the feasibility of in situ composites production in the AI-Nb system, containing AI- fhase as matrix and intermetallic NbAl3 as reinforcement; and characterizes 6, 12 and 18%vol NbAl3 produced composites in relation to their mechanical properties (hardness; yield strength, ultimate tensile strength, strain; wear), thermal expansion and density. Two different processes were tested to produce such composites: by melting together AI and Nb and by dissolution of Nb in liquid AI. The first process was considered inadequate due to volume of material limitations and to the unproper morphology of the resulting intermatallics. Composites showing polygonal intermetallic particles as reinforcement, reasonably distributed in the matrix were obtained from mas ter alloys produced by Nb dissolution in AI. Dissolution mechanisms were analysed in order to allow control of the reinforcement particle morphology. Produced composites showed increasing Brinell hardness as fraction of reinforcement increases as much as 80% to the hardness of the commercial AI used as matrix. Yield strength at room temperature was also increased up to 62% higher in the composites related to AI; ultimate tensile strength increased to 50% and strain reduced to 90% in the composites when compared to the matrix. Tension tests carried out at 150C also gave interesting results: 85% increasing on ultimate tensile strength, up 93% increasing on yield strength and 86% reduction of strain for composites, compared to values for AI. In general, modifications on properties increased as reinforcement volume fraction increased. Micromechanisms of ductile fracture were observed in the composites. Concerning to wear properties, composites showed wear rates up to 70% smaller than AI. Deformation and fragmentation were the dominant wear mechanisms for composite material. Composites showed also superior quality related to thermal stability: expansion till 13% lower than the value obtained for AI was observed. Also in this case, increasing amount of particles lead to more severe alterations in the property. Apparent density of composites were also dependent on NbAl3 volume fraction, maximum volume of 14% higher than AI density was obtained for the richest composite. General results enable to present a new, characterized material, together with a fabrication method and suggestions for its application