Estudo das propriedades mecânicas e da adesão de compósitos de alumínio reforçados com nanotubos de carbono e processados por Accumulative Roll Bonding (ARB ) e Cross Accumulative Roll Bonding (CARB)
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Elaine Carballo Siqueira Corrêa
Marcelo Araujo Camara
Wellington Lopes
Marcelo Araujo Camara
Wellington Lopes
Resumo
Técnicas de deformação plástica severa, utilizando altos níveis de deformação plástica, têm
sido comumente utilizadas no refino de grão de metais, principalmente com o objetivo de
produzir o aumento da resistência mecânica. Dentre as técnicas utilizadas, a união por
laminação acumulativa (Accumulative Roll Bonding, ARB) têm-se mostrado um método
eficiente e de baixo custo utilizado na fabricação de compósitos de matriz metálica (Metal
Matrix Composites, MMC) de alta resistência mecânica, envolvendo imensa variedade de
combinações de metais de base e reforços, visando melhorias nas propriedades mecânicas,
como o aumento na tensão de escoamento e no limite de resistência à tração, sem perda
acentuada no elongamento percentual e tenacidade. Variações deste método, como a união por
laminação cruzada acumulativa (Cross Accumulative Roll Bonding, CARB), caracterizado pela
mudança alternada do eixo de laminação à medida que os ciclos se sucedem, tem sido relatada
na literatura como uma evolução de técnica original, uma vez que a mudança do caminho de
deformação tende a proporcionar maior refino de grãos. Diversos estudos também têm sido
realizados sobre os mecanismos pelos quais se processam a adesão entre chapas utilizando os
referidos métodos. Neste contexto, o presente estudo propõe estudar as propriedades mecânicas
de compósitos de matriz metálica de Alumínio Al 1200 H14, processados por do ARB e CARB,
com e sem adição de reforços de nanotubos de carbono (NTCs) e, particularmente, a adesão de
compósitos de matriz metálica de Alumínio Al 1200 H14, processados por do ARB, sem adição
de reforços. Os resultados obtidos por ensaios de tração apontaram um aumento máximo de
338,8 % e 298,5 % da tensão de escoamento e do limite de resistência à tração, respectivamente,
para os compósitos processadas por 6 ciclos de ARB+NTC, em comparação as amostras
ensaiadas em estado recozido. Além disso, estudos utilizando ensaios experimentais e
simulações por elementos finitos permitiram propor uma interpretação complementar à teoria
do filme, modelo mais usado para explicar os mecanismos de adesão entre chapas laminadas.
Abstract
Severe plastic deformation techniques, using high levels of plastic deformation, have been
commonly used in the refinement of metal grains, mainly with the objective of producing an
increase in mechanical strength. Among the techniques used, Accumulative Roll Bonding
(ARB) has been shown to be an efficient and low-cost method, which has also been used in the
manufacture of Metal Matrix Composites (MMC) of high mechanical strength, involving an
immense variety of combinations of base metals and reinforcements, aiming at improvements
in mechanical properties, such as an increase in yield stress and in the tensile strength limit,
without a marked loss in percentage elongation and toughness. Variations of this method, such
as cross accumulating roll bonding (CARB), characterized by the alternating change of the
rolling axis as the cycles occur, have been reported in the literature as an evolution of the
original technique, since the change in the deformation path tends to provide greater grain
refinement. Several studies have also been carried out on the mechanisms by which adhesion
between sheets occurs using the mentioned methods. In this context, the present study proposes
to investigate the mechanical properties of aluminum Al 1200 H14 metal matrix composites,
processed by ARB and CARB, with and without the addition of carbon nanotube (CNT)
reinforcements, and, in particular, the adhesion of aluminum Al 1200 H14 metal matrix
composites processed by ARB, without the addition of reinforcements. The results obtained by
tensile tests indicated a maximum increase of 338.8% and 298.5% in the yield stress and
ultimate tensile strength, respectively, for the composites processed by 6 cycles of ARB+CNT,
compared to the samples tested in the annealed state. In addition, studies using experimental
tests and finite element simulations allowed proposing a complementary interpretation to the
film theory, the most widely used model to explain the adhesion mechanisms between
laminated sheets.
Assunto
Engenharia mecânica, Metais - Deformação, Plasticidade, Compósitos, Aluminio, Nanotubos de carbono
Palavras-chave
Deformação Plástica Severa, refino de grãos, Accumulative Roll Bonding, Cross Accumulative Roll Bonding, compósitos de matriz metálica