Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/40668
Type: Tese
Title: Evolução microestrutural e comportamento mecânico de uma liga Zn-Al hipoeutética com adições de Cu e Mg submetida a forjamento multidirecional
Other Titles: Microstructural evolution and mechanical properties in a Zn-A hypoeutetic alloy with Cu and Mg additions processed by multi-directional forging
Authors: Nayara Aparecida Neres da Silva
First Advisor: Maria Teresa Paulino Aguilar
First Co-advisor: Elaine Carballo Siqueira Corrêa
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Paulo Roberto Cetlin
First Referee: Geraldo Lúcio de Faria
Second Referee: Pedro Paiva Brito
Third Referee: Antônio Eustáquio de Melo Pertence
metadata.dc.contributor.referee4: Pedro Henrique Rodrigues Pereira
Abstract: Ligas Zn-Al com grãos ultrafinos têm sido produzidas por diferentes técnicas de deformação plástica severa (severe plastic deformation – SPD) com o objetivo de melhorar suas propriedades superplásticas, que são favorecidas pelo refino de grão e aumento da porcentagem de contornos de alto ângulo de desorientação. Neste contexto, a presente pesquisa propôs avaliar a evolução microestrutural e o comportamento mecânico de uma liga hipoeutética Zn-3,8%Al-2,3%Cu-0,4%Mg, comercialmente conhecida como Zamac 8, processada por até 23 ciclos de forjamento multidirecional (MDF), à temperatura ambiente, com amplitude de deformação de ~30% por passe. O MDF é uma técnica de SPD simples e que apresenta diversas vantagens quando comparada a outros métodos. A evolução microestrutural foi avaliada por análises de microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX) para diferentes ciclos de MDF, enquanto o comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de dureza, compressão com mudanças de velocidade de deformação e microtração. Após uma deformação total (ε) de ~20,7 os tamanhos de grão nos componentes η-Zn primário, eutético e eutetóide foram reduzidos para ~0,25, 0,4 e 0,3 µm, respectivamente, partindo-se de tamanho de grão inicial de até 53 µm. O metal apresentou bandas de cisalhamento, maclas profusas e encruamento no primeiro ciclo de MDF, além disso, deformação adicional até ε ≈ 7 promoveu um refinamento significativo do grão da fase η-Zn, juntamente com a redução da tensão de fluxo devido a ocorrência de deslizamento de contornos de grão. Posteriormente, o fluxo plástico ocorreu sob tensão constante e o amaciamento torna-se novamente prevalente para ε > 12. Os componentes individuais da liga Zn-Al hipoeutética apresentaram diferentes cinéticas de endurecimento e refinamento de grãos, de modo que as mudanças microestruturais são observadas pela primeira vez nas áreas do η-Zn primário e, sucessivamente, nos domínios eutetóide e eutético. Com base na dureza média de cada um dos componentes, a regra das misturas foi usada para estimar a resistência global do material após MDF. Apesar de os resultados mostrarem tendências semelhantes, é revelado que a regra das misturas superestima as tensões de fluxo em comparação a curva tensão-deformação in-situ. Isso enfraquece a hipótese de isodeformação e sugere que a deformação se concentra e nas áreas de menor resistência nos estágios de amaciamento do processo de MDF.
Abstract: Ultrafine-grained Zn-Al alloys have been produced by different severe plastic deformation (SPD) techniques to improve its superplastic properties, which are favored by grain refinement and the increase in the percentage of high angle grain boundaries. In this context, the present research evaluated of microstructural evolution and mechanical behavior of a hypoeutectic Zn-3,8%Al-2,3%Cu-0,4%Mg alloy, commercially known as Zamak 8, processed by up to 23 cycles of room-temperature multi-directional forging (MDF) with strain amplitude of ~30%; MDF is a simple SPD technique and has several advantages when compared to other techniques. The microstructural characterization was conducted by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis, while the mechanical behavior was evaluated by hardness test, compression tests with changes in strain rate and microtensile tests. Experiments were performed to examine the flow behavior and microstructural evolution in a Zn–Al–Cu–Mg alloy processed by up to 23 cycles of multi-directional forging (MDF). After a total strain (ε) of ~20.7 the grain sizes in the primary η-Zn, eutectic and eutectoid components were reduced to ~0.25, 0.4 and 0.3 μm, respectively, starting from the initial grain size of up to 53 μm. The metal exhibits profuse shear banding and twinning and undergoes work hardening in the 1st MDF cycle. Further straining up to ε ≈ 7 promotes significant grain refinement in η-Zn phase together with strain softening due to occurrence of grain boundary sliding. Afterwards, the plastic flow occurs under a constant stress and flow softening is again prevalent for ε > 12. The individual components in the Zn–Al hypoeutectic alloy display different hardening kinetics and grain refinement such that the microstructural changes are first observed in the primary η-Zn areas and subsequently in the eutectoid and eutectic domains. Based on the average hardness in each component, the rule of mixtures was used to estimate the overall material strength after MDF. Although the results show similar trends to those obtained experimentally, it is observed that the rule of mixtures overestimates the flow stresses compared with the in-situ stress-strain curve. This undermines the hypothesis of iso-strain and suggests that deformation concentrates in the weaker areas in the flow softening stages of MDF processing.
Subject: Engenharia mecânica
Ligas de alumínio
Ligas de zinco
Metais - Deformação
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/40668
Issue Date: 26-Oct-2021
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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