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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32775| Título: | Modificação superficial por fricção e agitação nas ligas de alumínio Al12Si e Al14Si |
| Título(s) alternativo(s): | Surface modification of Al12Si and Al14Si aluminum alloys through the process of friction and agitation |
| Autor(es): | Traiano, Denner |
| Orientador(es): | Lourençato, Luciano Augusto |
| Palavras-chave: | Ligas de alumínio Alumínio - Corrosão Corrosão e anticorrosivos Desgaste mecânico Aluminum alloys Aluminum - Corrosion Corrosion and anti-corrosives Mechanical wear |
| Data do documento: | 4-Ago-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | TRAIANO, Denner. Modificação superficial por fricção e agitação nas ligas de alumínio Al12Si e Al14Si. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023. |
| Resumo: | A crescente demanda por soluções tecnológicas que promovam melhorias em materiais e suas propriedades de interesse é objeto de intensa pesquisa nos setores de engenharia. Dessa forma, a necessidade do desenvolvimento de processos de modificação superficial, voltados para a melhoria das características superficiais dos materiais, é cada vez mais estudada e aplicada. A modificação superficial de ligas de alumínio tem se tornado um atrativo devido às novas possibilidades de aplicações e ao desenvolvimento de propriedades. Nesse contexto, a utilização da técnica de Fricção e Agitação (FSP) desponta como um dos principais recursos para a modificação superficial de ligas de alumínio fabricadas por fundição. A presente dissertação tem como objetivo analisar a influência do processo de fricção e agitação nas mudanças de microestrutura e microdureza, bem como nas resistências ao desgaste e à corrosão nas ligas Al12Si e Al14Si. A metodologia foi desenvolvida para a realização de experimentos, envolvendo a combinação dos seguintes parâmetros de processo (n e vf): 700 rpm por 16 mm/min, 850 rpm por 22 mm/min e 1100 rpm por 28 mm/min. No processo experimental realizado, foi realizada a avaliação e análise da resistência à corrosão, resistência ao desgaste e microdureza, sendo obtidos por meio de perfis da seção transversal e superficial das amostras. Foram utilizados métodos estatísticos como análise de variância (ANOVA) e o método de superfícies de respostas (RSM). As análises realizadas por meio da composição química obtidas por FRX e das imagens por Microscopia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), permitiram analisar as regiões formadas pelo processo de fricção e agitação, sendo zona termicamente afetada (ZTA), zona termomecanicamente afetada (ZTMA) e região do núcleo. Foi constatado que na região do núcleo, houve fragmentação e homogeneização de partículas de segunda fase de ferro AlFeMnSiFe-𝜶 e AlFeSi-Fe-𝛽, cobre Al2Cu-𝚹 e partículas de silício. Em cada uma das ligas foram registrados diferentes resultados em relação aos parâmetros utilizados na modificação da superfície. Na liga Al12Si a condição de 700 rpm e 16 mm/min resultou em aumento microdureza em cerca de 23% comparado com o metal base, também houve a diminuição 24% dos coeficientes de atrito COF, assim como foram relatados menores tamanhos de partículas de silício e de intermetálicos de ferro e cobre. No entanto, a condição 850 rpm e 22 mm/min obteve a maior resistência à corrosão anual quando comparada com o metal base Al12Si, desenvolvendo uma redução da taxa de corrosão anual em cerca de 79%. Para a liga Al14Si a condição 700 rpm e 16 mm/min obteve aumento da microdureza em 30,2% e redução da taxa de corrosão em 72% comparadas com o metal base. Todavia, para análises do coeficiente de atrito a condição 1100 rpm e 28 mm/min, apresentou redução da taxa de atrito em 21%. As metodologias estatísticas demonstraram com 95% de confiabilidade que a melhor liga para desenvolver o processo de modificação superficial é a Al12Si, juntamente com o parâmetro de 700 rpm e 16 mm/min. O processo de Fricção e Agitação desenvolveu melhores resultados quanto a microestrutura, microdureza e resistência ao desgaste e à corrosão em todas as condições de modificação. |
| Abstract: | The increasing demand for technological solutions that promote improvements in materials and their properties of interest is a subject of intensive research in the engineering sectors. Thus, the necessity of developing surface modification processes aimed at enhancing the surface characteristics of materials is increasingly studied and applied. The surface modification of aluminum alloys has become appealing due to new possibilities for applications and property development. In this context, the utilization of the Friction Stir Processing (FSP) technique emerges as a key resource for the surface modification of cast aluminum alloys. This present dissertation aims to analyze the influence of the friction and agitation process on changes in microstructure, microhardness, as well as wear and corrosion resistances in Al12Si and Al14Si alloys. The methodology was devised for conducting experiments involving the combination of the following process parameters (n and vf): 700 rpm at 16 mm/min, 850 rpm at 22 mm/min, and 1100 rpm at 28 mm/min. Within the conducted experimental process, evaluations and analyses of corrosion resistance, wear resistance, and microhardness were carried out, with cross-sectional and surface profiles of the samples being obtained. Statistical methods such as Analysis of Variance (ANOVA) and the Response Surface Method (RSM) were employed. The analyses, which incorporated data from X-ray Fluorescence (XRF) for chemical composition and images from Optical Microscopy (OM) and Scanning Electron Microscopy (SEM), facilitated the examination of regions formed by the friction and agitation process, namely the HeatAffected Zone (HAZ), the Thermomechanically Affected Zone (TMAZ), and the core region. It was observed that in the core region, there was fragmentation and homogenization of second-phase particles such as iron AlFeMnSi-Fe-𝜶 and AlFeSiFe-𝛽, copper Al2Cu-𝚹, and silicon particles, leading to the homogenization and distribution of these particles. Distinct outcomes were recorded in each alloy concerning the parameters used for surface modification. For Al12Si alloy, the condition of 700 rpm at 16 mm/min resulted in an approximate 23% increase in microhardness compared to the base metal. Additionally, a 24% reduction in the Coefficient of Friction (COF) was noted, alongside reports of smaller silicon particle sizes and reduced iron and copper intermetallic sizes. Conversely, the condition of 850 rpm at 22 mm/min yielded the highest annual corrosion resistance when compared to the base metal Al12Si, leading to a reduction of around 79% in the annual corrosion rate. For the Al14Si alloy, the condition of 700 rpm at 16 mm/min resulted in a 30.2% increase in microhardness and a 72% reduction in corrosion rate compared to the base metal. However, for friction coefficient analyses, the condition of 1100 rpm at 28 mm/min exhibited a 21% reduction in friction rate. With a 95% reliability, statistical methodologies demonstrated that the optimal alloy for developing the surface modification process is Al12Si, paired with the 700 rpm at 16 mm/min parameter. The Friction Stir Processing technique yielded improved results in microstructure, microhardness, wear resistance, and corrosion resistance across all modification conditions. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32775 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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