Effects of particle/matrix interface and strengthening mechanisms on the mechanical properties of metal matrix composites

A randomly distributed multi-particle model considering the effects of particle/matrix interface and strengthening mechanisms introduced by the particles has been constructed. Particle shape, distribution, volume fraction and the particles/matrix interface due to the factors including element diffusion were considered in the model. The effects of strengthening mechanisms, caused by the introduction of particles on the mechanical properties of the composites, including grain refinement strengthening, dislocation strengthening and Orowan strengthening, are incorporated. In the model, the particles are assumed to have spheroidal shape, with uniform distribution of the centre, long axis length and inclination angle. The axis ratio follows a right half-normal distribution. Using Monte Carlo method, the location and shape parameters of the spheroids are randomly selected. The particle volume fraction is calculated using the area ratio of the spheroids. Then, the effects of particle/matrix interface and strengthening mechanism on the distribution of Mises stress and equivalent strain and the flow behaviour for the composites are discussed.

Microstructure evolution in CLAM steel under low cycle fatigue

In the process of room-temperature low cycle fatigue, the China Low Activation Martensitic steel exhibits at the beginning cyclic hardening and then continuous cyclic softening. The grain size decreased and the martensitic lath transformed to cells/subgrains after the tests. The subgrains increase in size with increasing strain amplitude.

Severe plastic deformation of Al–Zn alloys

In this work, the R&D work mainly focused on the mechanical and microstructural analysis of severe plastic deformation (SPD) of Al–Zn alloys and the development of microstructure–based models to explain the observed behaviors is presented. Evolution of the microstructure and mechanical properties of Al–30wt% Zn alloy after the SPD by the high–pressure torsion (HPT) has been investigated in detail regarding the increasing amount of deformation. SPD leads to the gradual grain refinement and decomposition of the Al–based supersaturated solid solution. The initial microstructure of the Al–30wt% Zn alloy contains Al and Zn phases with grains sizes respectively of 15 and 1 micron. The SPD in compression leads to a gradual decrease of the Al and Zn phase grain sizes down to 4 microns and 252 nm, respectively, until a plastic strain of 0.25 is reached. At the same time, the average size of the Zn particles in the bulk of the Al grains increases from 20 to 60 nm and that of the Zn precipitates near or at the grain boundaries increases as well. This microstructure transformation is accompanied at the macroscopic scale by a marked softening of the alloy. The SPD produced by HPT is conducted up to a shear strain of 314. The final Al and Zn grains refine down to the nanoscale with sizes of 370 nm and 170 nm, respectively. As a result of HPT, the Zn–rich (Al) supersaturated solid solution decomposes completely and reaches the equilibrium state corresponding to room temperature and its leads to the material softening. A new microstructure–based model is proposed to describe the softening process occurring during the compression of the supersaturated Al–30wt% Zn alloy. The model successfully describes the above–mentioned phenomena based on a new evolution law expressing the dislocation mean free path as a function of the plastic strain. The softening of the material behavior during HPT process is captured very well by the proposed model that takes into consideration the effects of solid solution hardening and its decomposition, Orowan looping and dislocation density evolution. In particular, it is demonstrated that the softening process that occurs during HPT can be attributed mainly to the decomposition of the supersaturated solid solution and, in a lesser extent, to the evolution of the dislocation mean free path with plastic strain.

Estudo do mecanismo de corrosão por pites em água do mar de aços inoxidáveis supermartensíticos microligados com Nb e Ti

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Grãos ultrafinos por laminação a morno e recozimento intercrítico

Grain refinement of low carbon steel via the warm deformation of martensite during torsion testing was investigated. At the beginning of straining, laths with high dislocation density were observed. After large deformations, a ferrite matrix with grain size close to 1μm and dispersed cementite particles were attained.

Utilização da curva de resfriamento na análise do refino de grão da liga AA 356

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeito do fresamento com alta velocidade de corte na integridade superficial de aços ferríticos com grãos ultrafinos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito de teores de Zr sobre as propriedades mecânicas e elétricas de ligas Al-Ec-Si aplicadas na elaboração de ligas para Tx e Dx de energia elétrica

Este trabalho objetiva desenvolver uma análise da influência do Zr na modificação de características importantes em ligas de Al-EC-Si para aplicação como condutor de energia elétrica, almejando obter-se propriedades termorresistentes. Para a realização deste estudo, as ligas foram obtidas por fundição direta em lingoteira metálica em formato “U”, a partir do Al-EC, fixando-se na base o teor de 0,7% de Si, e em seguida, variando-se diferentes teores de Zr. Com o intuito de precipitar as partículas de segunda fase chamadas de dispersóides, que tem como principal característica a retenção da microestrutura deformada quando exposta a altas temperaturas, foi necessário submeter as ligas a um tratamento térmico de 310 ºC durante 24 horas afim de provocar o surgimento dos finos dispersóides de Al₃Zr. Foram estabelecidas duas etapas para obtenção dos resultados: A ETAPA I composta da solidificação, usinagem e deformações obtidas com as ligas, gerando os fios que foram utilizados em todos os ensaios. A ETAPA II repete os mesmos procedimentos adotados na ETAPA I, porém é feito um tratamento térmico de 310ºC por 24 horas antes da deformação. A caracterização das amostras dos fios de cada liga quanto à termorresistividade, que obedeceu a exigência da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), sendo submetidos à temperatura de 230 ºC por uma hora e foram feitos também tratamentos térmicos na temperatura de 310 e 390ºC, com a finalidade de se avaliar a estabilidade térmica das ligas estudadas. Verificou-se de maneira geral que teores crescentes de Zr provocam um refinamento de grão e aumentam o LRT e a estabilidade térmica da liga, tanto na ETAPA I quanto na ETAPA II. Foi observado ainda que na ETAPA I, a condutividade foi bastante afetada pelos teores de Zr, e que a inserção do tratamento térmico da ETAPA II melhorou a capacidade de conduzir energia elétrica na liga, particularmente para o diâmetro que sofreram maior deformação.

Efeitos da vibração simultânea nas propriedades mecânicas de juntas de aço ASTM A131 soldadas pelo processo arame tubular (FCAW)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Análise macro e micrográfica da liga AA-356 conforme a taxa de resfriamento

The present work aims to study the characteristics of the alloy Al - 7 % Si - 0 , 3Mg ( AA356 ) , more specifically characterize the macrostructure and microstructure and mechanical properties of the alloy ingots AA356 obtained in metal molds and sand molds for power studying the structures through the difference of cooling rates . This alloy is explained by the fact of referring league has excellent combination of properties such as low solidification shrinkage and good fluidity, good weldability , high wear resistance , high strength to weight ratio, has wide application in general engineering , and particularly in the automotive and aerospace engineering . In this work we will verify this difference in properties through two different cooling rates . We monitor the solid solidification temperatures by thermocouples building with them the cooling curve as a tool that will aid us to evaluate the effectiveness of the grain refining because it achieved with some important properties of the alloy as the latent heat of solidification fraction the liquid and solid temperatures, the total solidification time, and identify the presence of inoculants for grain refinement. Thermal analysis will be supported by the study of graphic software “Origin “will be achieved where the cooling curve and its first derivative that is the cooling rate. Made thermal analysis, analysis will be made in macrographs ingots obtained for observation of macrostructures obtained in both types of ingots and also analysis of micrographs where sampling will occur in strategic positions ingots to correlate with the microstructure. Finally will be collecting data from Brinell hardness of ingots and so then correlating the properties of their respective ingots with cooling rate. We found that obtained with cast metal ingots showed superior properties to the ingots obtained with sand mold

Interaction between recrystallization and strain-induced precipitation in a high Nb- and N-bearing austenitic stainless steel: influence of the interpass time

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Tenacidade ao impacto e resistência a fadiga de aço API 5L X70 modificado ao Nb

O transporte de gás e derivados de petróleo é realizado pelo uso de tubulações, denominadas de oleodutos ou gasodutos, que necessitam de elevados níveis de resistência mecânica e corrosão, aliadas a uma boa tenacidade à fratura e resistência à fadiga. A adição de elementos de liga nesses aços, Ti, V e Nb entre outros, é realizada para o atendimento destes níveis de resistência após o processamento termomecânico das chapas para fabricação destes dutos, utilizando-se a norma API 5L do American Petroleum Institute, API, para a classificação destes aços. A adição de elementos de liga em associação com o processamento termomecânico visa o refino de grão da microestrutura austenítica, o qual é transferido para a estrutura ferrítica resultante. O Brasil é o detentor das maiores reservas mundiais de nióbio, que tem sido apresentado como refinador da microestrutura mais eficiente que outros elementos, como o V e Ti. Neste trabalho dois aços, denominados Normal e Alto Nb foram estudados. A norma API propõe que a soma das concentrações de Nióbio, Vanádio e Titânio devem ser menores que 0,15% no aço. As concentrações no aço contendo mais alto Nb é de 0,107%, contra 0,082% do aço de composição normal, ou seja, ambos atendem o valor especificado pela norma API. Entretanto, os aços são destinados ao uso em dutovias pela PETROBRÁS que impõe limites nos elementos microligantes para os aços aplicados em dutovias. Deste modo estudos foram desenvolvidos para verificar se os parâmetros de resistência à tração, ductilidade, tenacidade ao impacto e resistência à propagação de trinca por fadiga, estariam em acordo com a norma API 5L grau X70 e com os resultados que outros pesquisadores têm encontrado para aços dessa classe. Ainda, como para a formação de uma dutovia os tubos são unidos uns aos outros por processo de soldagem (circunferencial), o estudo de fadiga foi estendido para as regiões da solda e zona termicamente afetada (ZTA). Como conclusão final observa-se que o aço API 5L X70 com Nb modificado, produzido conforme processo desenvolvido pela ArcelorMittal - Tubarão, apresenta os parâmetros de resistência e ductilidade em tração, resistência ao impacto e resistência a propagação de trinca em fadiga (PTF) similar aos aços API 5L X70 com teores de Nb = 0,06 % peso e aqueles da literatura com teores de Nb+Ti+V < 0,15% peso. O metal base, metal de solda e zona termicamente afetada apresentaram curvas da/dN x ΔK similares, com os parâmetros do material C e m, da equação de Paris, respectivamente na faixa de 3,3 - 4,2 e 1.3x10-10 - 5.0x10-10 [(mm/ciclo)/(MPa.m1/2)m].

Segregation of particles and its influence on the morphology of the eutectic silicon phase in Al-7 wt.% Si alloys

A new modification phenomenon is reported for Al-Si alloys, where the Al-Si eutectic is refined by segregated TiB2 particles. The TiB2 particles are pushed to the Al-Si phase boundary during solidification of the eutectic and it is believed that at high concentrations the TiB2 particles restrict solute redistribution causing refinement of the Si. (c) 2005 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Heterogeneous nucleation of Mg-Al alloys

Grain size is one of the most important microstructural characteristics determining the mechanical properties and therefore the service performance of polycrystalline materials. Heterogeneous nucleation involves the addition or in situ formation of potent nuclei in the system to promote nucleation events, leading to a fine grain structure. This paper reports experimental results using graphite and SiC as potential grain refining agents to form in situ nuclei for Mg in Mg-Al alloys, and demonstrates the key role of Al4C3 in grain refilling this important alloy system. This insight will contribute to the design and development of the most cost effective, eco-friendly grain refining agents for Mg-Al alloys. (c) 2006 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.