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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2018.tde-04012018-113638
Documento
Autor
Nome completo
Thiago Pires Nagasima
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Martorano, Marcelo de Aquino (Presidente)
Lima, Nelson Batista de
Júnior, Mário Boccalini
Título em português
Refino de grão de ligas do sistema cobre-zinco.
Palavras-chave em português
Fundição de não ferrosos
Metalúrgia física
Nucleação
Solidificação
Resumo em português
As propriedades mecânicas, de corrosão e a condutividade térmica e elétrica, aliadas à relativa facilidade de fundir atribuem grande relevância ao cobre e suas ligas. Algumas destas propriedades podem ser significativamente melhoradas com a diminuição do tamanho de grão da estrutura bruta de solidificação a partir do tratamento de inoculação do banho líquido. Este tratamento aumenta o número de núcleos sólidos, diminuindo assim o tamanho médio de grão. Neste trabalho, foi realizado um estudo do refino de grão da estrutura bruta de solidificação a partir da inoculação com adições de C, P e Zr a ligas do sistema Cu-Zn com teores de até 30% de Zn. Três séries de experimentos principais foram realizadas. Na primeira, o teor de Zr na liga Cu- 30%Zn foi gradativamente aumentado até 0,4% para mostrar o efeito do Zr. Na segunda, o teor de Zr foi mantido constante em 0,08%, enquanto o teor de Zn foi elevado gradativamente até 30% para mostrar o efeito do Zn. Na terceira foram testadas adições isoladas e conjuntas de C, P e Zr para verificar o efeito de cada elemento no refinamento de grãos. As amostras foram caracterizadas e analisadas por diferentes técnicas: (a) observação da macroestrutura de grãos; (b) análise química; (c) análise térmica; (d) microscopia óptica; (e) microscopia eletrônica de varredura; (f) microanálise EDS; g) microanálise WDS e h) difração de raios X. Os resultados mostram que o tamanho médio de grão diminui significativamente nas ligas do sistema Cu-Zn (6% <= Zn <= 30%) quando Zr e P são adicionados simultaneamente. Isoladamente, estes elementos quando adicionados, não reduzem significativamente o tamanho de grão. Nota-se também que o tamanho de grão é cada vez menor à medida que o teor de Zn aumenta de 0 a 30% com a adição de 0,08%Zr, porém não se observa uma correlação entre tamanho de grão e teor de Zn quando Zr não é adicionado. Uma análise da microestrutura dos lingotes utilizando as técnicas mencionadas mostra que a diminuição do tamanho médio de grão a partir de adições de Zr e P coincide com o aparecimento de precipitados facetados ricos em Zr e P. Esta análise indica que um possível mecanismo de inoculação dos latões é a nucleação heterogênea da fase sólida Cu-µ, com estrutura cristalina cúbica de faces centradas, sobre partículas sólidas de ZrP, com estrutura hexagonal compacta, formadas no banho líquido após as adições de Zr e P.
Título em inglês
Grain refinement of Cu-Zn system alloys.
Palavras-chave em inglês
Copper alloys
Grain refinement
Inoculation
Solidification
Resumo em inglês
Good mechanical and corrosion properties, large thermal and electrical conductivities, as well as relatively large castability are characteristics that contribute to the importance of copper and copper alloys. Some of these properties are enhanced when the average grain size of the as-cast structure decreases by inoculation of the melt. The inoculation treatment increases the number of solid nuclei, causing a reduction in the average grain size. In the present work, an investigation of the grain refinement by inoculation with Zr and P additions to Cu-Zn melts with contents of Zn up to 30%(mass) was carried out. Three series of experiments were conducted. In one the Zr content of the Cu-30%Zn alloy was gradually increased up to 0.4% to reveal the effects of Zr, while in the second series, the concentration of Zr was constant, equal to 0.08%, but the Zn content was gradually increased to 30% to show the effect of Zn. The third one was to test separate and conjunct addition of C, P and Zr in order to understand each elements effect on grain refinement. The resulting samples were characterized and analyzed by several techniques: (a) visual observation of the grain macrostructure; (b) chemical analysis; (c) thermal analysis; (d) optical microscopy; (e) scanning electron microscopy; (f) EDS microanalysis; (g) WDS microanalysis; and (h) X-Ray diffraction. The results show that the average grain size of the Cu-Zn alloys (6% <= Zn <= 30% mass) decreases significantly when Zr and P are both added to the melt. Nevertheless, average grain size is not reduced significantly when either Zr or P are added separately to the melt. When 0.08%Zr is added, the average grain size decreases as the concentration of Zn increases from 0 to 30%Zn, but without Zr additions, the Zn content and the average grain size are uncorrelated. The microstructural analysis with the techniques listed before show that the decrease in average grain size caused by Zr and P additions coincide with the observation of faceted precipitates rich in Zr and P. This analysis indicates that the inoculation mechanism is probably the heterogeneous nucleation of solid Cu-µ, of face-centered-cubic lattice structure, on solid particles of ZrP, with hexagonal compact structure, formed in the melt after Zr and P additions.
 
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Data de Publicação
2018-01-10
 
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