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http://hdl.handle.net/1843/46758| Type: | Tese |
| Title: | Estudo da cinética de precipitação do Ti3Ni4 e sua influência nas propriedades mecânicas e funcionais de uma liga Ti-51%Ni |
| Other Titles: | Study of Ti3Ni4 precipitation kinetics and its influence on the mechanical and functional properties of a Ti-51% Ni alloy |
| Authors: | Guilherme Simões Pandolfi |
| First Advisor: | Leandro de Arruda Santos |
| First Referee: | Vicente Tadeu Lopes Buono |
| Second Referee: | Eric Marchezini Mazzer |
| Third Referee: | Natália Isabel de Azevedo Lopes |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Carlos José de Araújo |
| Abstract: | Neste estudo, analisou-se a influência da temperatura e do tempo de envelhecimento na cinética de precipitação do Ti3Ni4, assim como no comportamento mecânico e funcional de uma liga comercial Ti-51.0%at. Ni. Para investigar a cinética de precipitação do Ti3Ni4, foi proposto um parâmetro numérico baseado nas temperaturas das transformações de fase, denominado "M" _"p" ^" global" , o qual permitiu avaliar a fração reagida de Ti3Ni4 para cada condição de envelhecimento. O modelo de Johnson-Mehl-Avrami-Erofeyev-Kolmogorov mostrou-se adequado na descrição da cinética de precipitação do Ti3Ni4, devido à ótima correlação entre o modelo e os dados experimentais. Os expoentes de Avrami obtidos para a liga Ti-51.0% Ni indicam que a precipitação do Ti3Ni4 é controlada por difusão, o crescimento do precipitado é unidimensional, e provável ocorrência de saturação de sítios para nucleação durante o processo de precipitação. A energia de ativação aparente estimada para a precipitação de Ti3Ni4 na liga de Ti-51% Ni foi de 108 (± 8) kJ/mol. Frações volumétricas de Ti3Ni4 foram estimadas para diversas condições de envelhecimento por meio do parâmetro "M" _"p" ^" global" . Considerando envelhecimentos por 1h, as amostras envelhecidas a 400 e 450°C exibiram o maior limite de escoamento aparente da martensita, os menores valores de tensão para indução de martensita e foram as únicas que mudaram o comportamento funcional de superelasticidade para efeito memória de forma. Estes resultados estão associados às maiores frações volumétricas de Ti3Ni4 nessas amostras em relação às demais. Quanto à influência do tempo de envelhecimento nas amostras tratadas a 350, 400 e 450°C, foi possível correlacionar a cinética de precipitação do Ti3Ni4 com as mudanças observadas no limite de escoamento aparente da martensita, na tensão necessária para indução de martensita, na deformação plástica após o ciclo de 6% de deformação e no comportamento funcional das amostras. Os maiores níveis de endurecimento por precipitação foram atingidos nas amostras envelhecidas a 350°C, seguido pelos envelhecimentos a 400 e 450°C. A tensão necessária para indução de martensita exibiu os menores valores nas amostras envelhecidas a 450°C, enquanto as envelhecidas a 350°C exibiram os maiores valores. Envelhecimentos por até 2h apresentaram as menores deformações plásticas nas amostras envelhecidas a 350, 400 e 450°C, sendo, provavelmente, condições que suscitem melhor resistência à fadiga funcional. Quanto à resistência à fadiga estrutural, as condições de envelhecimento 400°C/8h; 400°C/4h e 450°C/2h promoveram os melhores resultados. A resistência à fadiga estrutural das amostras envelhecidas é influenciada pela quantidade de fase R na matriz, pelo nível de tensão durante o carregamento e pela extensão do estágio III de deformação ocasionado. |
| Abstract: | This study analyzed the influence of aging temperature and aging time on Ti3Ni4 precipitation kinetics, besides its impact on the mechanical and functional behavior of a commercial Ti-51.0 at.% Ni alloy. It investigated Ti3Ni4 precipitation kinetics through a proposed numerical parameter based on the phase transformations temperatures, called "M" _"p" ^" global" , which allowed to estimate Ti3Ni4 reacted fraction for each aging condition. The Johnson-Mehl-Avrami-Erofeyev-Kolmogorov model proved to be adequate in describing the Ti3Ni4 precipitation kinetics due to the excellent correlation between the model and the experimental data. The Avrami exponents obtained for the Ti-51.0% Ni alloy indicate that the Ti3Ni4 precipitation is controlled by diffusion, the growth of the precipitate is one-dimensional, and the probable occurrence of saturation of sites for nucleation during the precipitation process. The apparent activation energy estimated for Ti3Ni4 precipitation in the Ti-51% Ni alloy was 108 (± 8) kJ/mol. It estimated Ti3Ni4 volumetric fraction for several aging conditions using the parameter "M" _"p" ^" global" . Considering aging for 1h, the samples aged at 400 and 450°C exhibited the highest values for the martensite apparent yield strength, the lowest stress values for martensite induction, and changed the functional behavior from superelasticity to shape memory effect. These results are associated with the higher volumetric fractions of Ti3Ni4 in these samples compared to the others. Regarding the influence of aging time in samples aged at 350, 400, and 450°C, it was possible to correlate Ti3Ni4 precipitation kinetics with the changes observed in the martensite apparent yield strength, the tension required to induce martensite, the plastic deformation after the 6% deformation cycle, and the functional behavior. The highest levels of precipitation hardening were achieved in samples aged at 350°C, followed by those aged at 400 and 450°C. The stress required for martensite induction exhibited the lowest values in samples aged at 450°C, while those aged at 350°C exhibited the highest values. Aging for up to 2h presented the smallest plastic deformations in samples aged at 350, 400, and 450°C, being conditions that probably provide better resistance to functional fatigue. Concerning the resistance to structural fatigue, the aging conditions 400°C/8h, 400°C/4h, and 450°C/2h promoted the best results. In aged samples, this property depends on the amount of R-phase in the matrix, the level of stress during loading, and the extent of the stage III deformation occasioned. |
| Subject: | Engenharia metalúrgica Metalurgia física Metais - Propriedades mecânicas Precipitação (Química) |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/46758 |
| Issue Date: | 19-Jun-2020 |
| Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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